專(zhuān)利名稱(chēng)：具有嵌入光學(xué)元件的圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及具有嵌入光學(xué)元件的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
成像技術(shù)是將圖像轉(zhuǎn)換為代表信號(hào)的技術(shù)。成像系統(tǒng)在多個(gè)領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用，包括商業(yè)、消費(fèi)、工業(yè)、醫(yī)療、防御和科學(xué)市場(chǎng)。大多圖像傳感器都是應(yīng)用像素陣列來(lái)捕捉光線的基于硅的半導(dǎo)體器件，每個(gè)像素包括某些類(lèi)型的光電探測(cè)器(例如，光電二極管或光電門(mén)(photogate))，該光電探測(cè)器將入射到其上的光子轉(zhuǎn)換為相應(yīng)電荷。CCD(電荷耦合器件)和CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器是廣為人知的并且廣泛應(yīng)用的基于半導(dǎo)體類(lèi)型的圖像傳感器。
圖像傳感器產(chǎn)生高質(zhì)量圖像的能力取決于圖像傳感器的光靈敏度，光靈敏度又取決于圖像傳感器的像素的量子效率(QE)和光效率(OE)。圖像傳感器常常由它們的QE或由它們的像素的QE規(guī)定，QE一般定義為像素的光電探測(cè)器將入射到該光電探測(cè)器上的光子轉(zhuǎn)換為電荷的效率。像素的QE一般由處理技術(shù)(即硅的純度)和所應(yīng)用的光電探測(cè)器的類(lèi)型(例如，光電二極管或光電門(mén))約束。但是，不管像素的QE如何，對(duì)于入射到像素上要被轉(zhuǎn)換為電荷的光線，其必需到達(dá)光電探測(cè)器。注意，這里所討論的OE指像素將光子從像素表面?zhèn)魉偷焦怆娞綔y(cè)器的效率，并且被定義為入射到光電探測(cè)器的光子數(shù)與入射到像素表面的光子數(shù)的比率。
至少兩個(gè)因素可以顯著影響像素的OE。第一，陣列中的像素相對(duì)于宿主器件的成像光學(xué)元件(例如，數(shù)碼相機(jī)的透鏡系統(tǒng))的定位可以影響像素的OE，這是由于其影響光線入射到像素表面的角度。第二，像素的光電探測(cè)器相對(duì)于像素結(jié)構(gòu)的其他元件的幾何布置可以影響像素的OE，這是由于如果沒(méi)適當(dāng)配置的話這種結(jié)構(gòu)元件可能對(duì)光線從像素表面到光電探測(cè)器的傳播造成不利影響。后者對(duì)于CMOS圖像傳感器尤其如此，CMOS圖像傳感器一般包括有源組件，例如每個(gè)像素內(nèi)的復(fù)位和訪問(wèn)晶體管(access transistor)、相關(guān)的互連電路、以及選擇電路。某些類(lèi)型的CMOS圖像傳感器還包括每個(gè)像素內(nèi)的放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。
上述包括在CMOS圖像傳感器中的電路有效地縮小了收集光子的CMOS像素的實(shí)際面積。像素的填充因子一般定義為像素的光敏區(qū)域與整個(gè)區(qū)域的比率。包括電介質(zhì)材料的穹形的表面微透鏡一般安置在像素上方，以將入射到像素上的光線重導(dǎo)向光電探測(cè)器。安置在像素上方的表面微透鏡可以改善光敏度，并且提高像素填充因子。另外，安置在像素上方的表面微透鏡可以將光子聚焦到光電探測(cè)器的感光區(qū)域上的較小面積上，這可以提高空間分辨率和彩色保真度。
出于經(jīng)濟(jì)和性能原因，CMOS圖像傳感器中的像素正變?yōu)榫哂性絹?lái)越小的技術(shù)特征尺寸，同時(shí)在CMOS圖像傳感器中集成更多的電路。額外的電路可能導(dǎo)致降低像素的填充因子。另外，較小的技術(shù)特征尺寸相應(yīng)地導(dǎo)致安置在像素上方的表面微透鏡較小。較小特征尺寸的表面微透鏡趨向具有更彎曲的微透鏡表面。更彎曲的微透鏡表面使透鏡的放大倍率過(guò)大，并且導(dǎo)致在光電探測(cè)器的感光區(qū)域處不期望的更大的空間擴(kuò)散。
曾有多種方法試圖實(shí)現(xiàn)較大的填充因子和光電探測(cè)器的感光區(qū)域處較小的空間擴(kuò)散，例如改變微透鏡的材料、微透鏡的曲率半徑、以及層厚。
出于這些和其他原因而需要本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種像素，其包括配置為接收入射光的表面。該像素包括由半導(dǎo)體襯底形成的底層和安置在該底層中的光電探測(cè)器。該像素包括安置在表面和底層之間的電介質(zhì)結(jié)構(gòu)。表面和光電探測(cè)器之間的大量電介質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了配置為將該表面上的部分入射光線透射到該光電探測(cè)器的光路。該像素包括嵌入的光學(xué)元件，該光學(xué)元件至少部分安置在該光路內(nèi)，并且配置為部分限定該光路。


參考下面的附圖可以更好地理解本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中的元件彼此之間不一定是按比例繪制的。相似的標(biāo)號(hào)表示相應(yīng)的相似部件。
圖1是總地圖示圖像傳感器的一個(gè)實(shí)施例的框圖。
圖2A是總地圖示有源像素傳感器的一個(gè)實(shí)施例的框圖示意圖。
圖2B圖示了圖2A的有源像素傳感器的示例性布局。
圖3是通過(guò)具有表面微透鏡的像素的基本上是理想化模型的橫截面的說(shuō)明性示例。
圖4是通過(guò)具有放大倍率不足的表面微透鏡的傳統(tǒng)CMOS像素的橫截面的說(shuō)明性示例。
圖5是通過(guò)具有放大倍率過(guò)大的表面微透鏡的傳統(tǒng)CMOS像素的橫截面的說(shuō)明性示例。
圖6是通過(guò)具有嵌入的微透鏡和表面微透鏡的CMOS像素的一個(gè)實(shí)施例的橫截面的說(shuō)明性示例。
圖7是通過(guò)具有嵌入的微透鏡和表面微透鏡的CMOS像素的一個(gè)實(shí)施例的橫截面的說(shuō)明性示例。
圖8是通過(guò)具有嵌入的微透鏡和表面微透鏡的CMOS像素的一個(gè)實(shí)施例的橫截面的說(shuō)明性示例。
圖9是通過(guò)具有嵌入的微透鏡的CMOS像素的一個(gè)實(shí)施例的橫截面的說(shuō)明性示例。
圖10是通過(guò)具有嵌入的微透鏡和嵌入的光學(xué)遮蔽元件或開(kāi)口的CMOS像素的一個(gè)實(shí)施例的橫截面的說(shuō)明性示例。
具體實(shí)施例方式
在下面的詳細(xì)描述中，參考形成為說(shuō)明書(shū)一部分的附圖，在附圖中圖示了可以在其中實(shí)施本發(fā)明的特定實(shí)施例。就此而言，參考所描述的附圖的朝向來(lái)使用指向性術(shù)語(yǔ)，例如“頂”、“底”、“前”、“后”、“首”和“尾”等。由于本發(fā)明實(shí)施例的組件可以在多個(gè)不同的朝向中放置，所以指向性術(shù)語(yǔ)用于說(shuō)明性目的，而絕不是限制性的。應(yīng)當(dāng)理解，也可以利用其他實(shí)施例，并且在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以改變結(jié)構(gòu)或邏輯。因此，下面的詳細(xì)描述不應(yīng)認(rèn)為是限制性的，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
圖1是總地示出了互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)有源像素圖像傳感器(APS)30的一個(gè)實(shí)施例的框圖，該圖像傳感器包括在硅襯底35上形成的像素34的焦平面像素陣列32。APS 30包括控制器36、行選電路38和列選及讀取電路40。像素陣列32以多行和多列的方式布置，同時(shí)每行像素34經(jīng)由行信號(hào)總線42耦合到行選電路38，并且每列像素34經(jīng)由輸出線44耦合到列選及讀取電路40。如圖1總地所示，每個(gè)像素34包括光電探測(cè)器46、電荷傳輸部分48和讀取電路50。光電探測(cè)器46包括用于將入射光子轉(zhuǎn)換為電子的光電轉(zhuǎn)換元件，例如光電二極管或光電門(mén)。
CMOS圖像傳感器30由控制器36操作，控制器36通過(guò)分別經(jīng)由行選電路38和列選及讀取電路40選擇并激活適當(dāng)?shù)男行盘?hào)線42和輸出線44，從而對(duì)讀取在積分期間由像素34積累的電荷進(jìn)行控制。一般來(lái)說(shuō)，每次執(zhí)行對(duì)一行像素34的讀取。就此而言，所選行的所有像素34都被它的相應(yīng)行信號(hào)線42同時(shí)激活，而且通過(guò)激活輸出線44而由列選及讀取電路40從激活的行讀出像素34的積累的電荷。
在APS 30的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列32中像素34具有基本一致的像素大小。在APS 30的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列32中像素34的大小不同。在APS 30的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列32中像素34具有基本一致的像素間距。在APS 30的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列32中像素34具有不同的像素間距。在APS 30的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列32中像素34具有基本一致的像素深度。在APS 30的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列32中像素34具有不同的像素深度。
圖2A是總的示出了耦合在APS(例如圖1的APS 30)中的一個(gè)像素(例如圖1的像素34)的一個(gè)實(shí)施例的框圖和示意圖。像素34包括光電探測(cè)器46、電荷傳輸部分48和讀取電路50。電荷傳輸部分48還包括傳輸門(mén)52(有時(shí)稱(chēng)作訪問(wèn)晶體管)、漂移擴(kuò)散區(qū)域54、和復(fù)位晶體管56。讀取電路50還包括行選晶體管58和源跟隨器晶體管60。
控制器36通過(guò)經(jīng)由行信號(hào)總線42a提供復(fù)位、訪問(wèn)和行選信號(hào)使像素34在積分和讀取兩種模式中工作，如圖所示，行信號(hào)總線42a包括分離的復(fù)位信號(hào)總線62、訪問(wèn)信號(hào)總線64和行選信號(hào)總線66。盡管只示出了一個(gè)像素34，但是行信號(hào)總線62、64和66延伸經(jīng)過(guò)給定行的所有像素，并且圖像傳感器30的每行像素34都具有其自己的相應(yīng)一組行信號(hào)總線62、64和66。像素34最初處于復(fù)位狀態(tài)，傳輸門(mén)52和復(fù)位門(mén)56導(dǎo)通。為了開(kāi)始積分，復(fù)位門(mén)56和傳輸門(mén)52斷開(kāi)。在積分期間，光電探測(cè)器46積累光生電荷，該光生電荷與入射到像素34上的光子通量62中的在內(nèi)部傳播過(guò)像素34的多個(gè)部分并且入射到光電探測(cè)器46上的部分成正比。所積累的電荷數(shù)量代表撞擊光電探測(cè)器46的光強(qiáng)。
在像素34積分持續(xù)期望的時(shí)間段后，行選晶體管58導(dǎo)通，并且漂移擴(kuò)散區(qū)域54在復(fù)位門(mén)56的控制下復(fù)位到近似等于VDD 70的電平。然后，復(fù)位電平經(jīng)由源跟隨器晶體管60和輸出線44a而被列選及讀取電路40采樣。隨后，傳輸門(mén)52導(dǎo)通，并且所積累的電荷從光電探測(cè)器42被傳輸?shù)狡茢U(kuò)散區(qū)域54。電荷傳輸使漂移擴(kuò)散區(qū)域54的電勢(shì)從其復(fù)位值(近似VDD 70)偏離到由積累的光生電荷決定的信號(hào)值。然后該信號(hào)值經(jīng)由源跟隨器晶體管60和輸出線44a而被列選及讀取電路40采樣。信號(hào)值和復(fù)位值之間的差與入射到光電探測(cè)器46上的光強(qiáng)成正比，并且構(gòu)成圖像信號(hào)。
圖2B是圖2A示出的像素34的布局的說(shuō)明性示例。像素控制元件(例如，復(fù)位晶體管56、行選晶體管58和源跟隨器晶體管60)和相關(guān)的互連電路(例如，信號(hào)總線62、64、66和相關(guān)晶體管連接)通常實(shí)現(xiàn)在覆蓋在硅襯底上的金屬層中，其中光電探測(cè)器46位于該硅襯底層中。盡管其他布局設(shè)計(jì)也可以，但是不管如何布局設(shè)計(jì)，很明顯像素控制元件和相關(guān)互連電路占用了像素34內(nèi)的大量空間。在每個(gè)像素內(nèi)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路的數(shù)字像素傳感器(DPS)中，這種空間占用甚至更大。
圖3是通過(guò)CMOS像素134的基本理想的模型的橫截面的說(shuō)明性示例。光電探測(cè)器46安置在形成像素底層的硅(Si)襯底70中。像素控制元件和相關(guān)互連電路在72處總的示出，并且安置在由多層電介質(zhì)絕緣層(例如，二氧化硅(SiO2)或其他適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)材料)76隔離的多層金屬層74中。垂直互連短截線(stub)或?qū)Э?7電連接位于不同金屬層74中的元件。電介質(zhì)鈍化層78安置在交替的金屬層74和電介質(zhì)絕緣層76上。包括抗蝕(resist)材料的彩色濾光層80(例如，將在下面描述的Bayer圖案的紅、綠或藍(lán))安置在鈍化層78上方。
為了提高光敏度，包括具有大于1的折射率的適當(dāng)材料(例如，光阻(photo resist)材料、其他適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)材料、或者二氧化硅(SiO2))的穹形表面微透鏡82安置在像素上方，以將入射到像素的入射光線重導(dǎo)向光電探測(cè)器46。表面微透鏡82具有正光學(xué)放大倍率的凸透鏡結(jié)構(gòu)。表面微透鏡82通過(guò)增大入射光子撞擊光電探測(cè)器的角度，可以有效地增加像素的填充因子，像素的填充因子一般定義為像素的光敏區(qū)域與整個(gè)區(qū)域的比率。在圖3示出的基本理想的模型中，表面微透鏡82可以將光子有效地聚焦到光電探測(cè)器46的盡可能小的感光區(qū)域(標(biāo)示為86)，這減小了在光電探測(cè)器46的感光區(qū)域處的空間擴(kuò)散。
像素的上述元件在下文中被總地稱(chēng)作像素結(jié)構(gòu)。如前所述，像素的光敏度受光電探測(cè)器相對(duì)于像素結(jié)構(gòu)的其他元件的幾何布置影響，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)可以影響光線從像素表面到光電探測(cè)器的傳播(即，光效率(OE))。實(shí)際上，光電探測(cè)器的大小和形狀，從光電探測(cè)器到像素表面的距離、以及控制和互連電路相對(duì)于光電探測(cè)器的布置都可能影響像素的OE。
傳統(tǒng)上，在努力使像素的光敏度最大化時(shí)，圖像傳感器設(shè)計(jì)者一般定義基于幾何光學(xué)的光電探測(cè)器和微透鏡之間的光路84(或光錐)。光路84一般只包括電介質(zhì)鈍化層78和多層電介質(zhì)絕緣層76。盡管實(shí)際上示作錐形，但是光路84也可以具有其他適當(dāng)?shù)男螤睢５?，不論光?4的形狀如何，隨著技術(shù)擴(kuò)展到更小的特征尺寸，這種方法變得日益難以實(shí)現(xiàn)，并且像素結(jié)構(gòu)對(duì)光線傳播的影響很可能增加。
圖3中示出的光路84代表像素134中的基本理想的光路。表面微透鏡82與像素134的像素光學(xué)元件基本匹配，使得表面微透鏡82具有高光收集能力，從而有助于大填充因子和高靈敏度。另外，如圖3所示，在這種理想化的場(chǎng)景中，光子由表面微透鏡82沿光路84聚焦到光電探測(cè)器46的盡可能小的感光區(qū)域(標(biāo)作86)，這導(dǎo)致最小的空間擴(kuò)散。最小的空間擴(kuò)散提高了空間分辨率和彩色保真度。但是，圖3示出的理想情形一般是利用傳統(tǒng)的表面微透鏡不可獲得的，尤其是隨著CMOS像素技術(shù)擴(kuò)展到越來(lái)越小的特征尺寸同時(shí)像素內(nèi)包含越來(lái)越多的電路時(shí)。
圖4是通過(guò)傳統(tǒng)的CMOS像素234的橫截面的說(shuō)明性示例。CMOS像素234與上述CMOS像素134類(lèi)似，除了CMOS像素234包括安置在像素上方用來(lái)將入射到像素上的入射光線重導(dǎo)向光電探測(cè)器46的穹形表而微透鏡282以外。表面微透鏡282具有正光學(xué)放大倍率的凸透鏡結(jié)構(gòu)。不同于與像素134的像素光學(xué)元件匹配的表面微透鏡82，表面微透鏡282是放大倍率不足的表面微透鏡。放大倍率不足的表面微透鏡282導(dǎo)致非理想的光路284，光路284具有遠(yuǎn)超過(guò)光電探測(cè)器46的感光區(qū)域的焦點(diǎn)。這導(dǎo)致在光電探測(cè)器46的感光區(qū)域處增大了空間擴(kuò)散(即，光路284中的光子撞擊光電探測(cè)器46的區(qū)域大于86標(biāo)示出的期望的小感光區(qū)域)。這利增加的空間擴(kuò)散降低了像素234的空間分辨率和彩色保真度。
圖5是通過(guò)傳統(tǒng)的CMOS像素334的橫截面的說(shuō)明性示例。CMOS像素334與上述CMOS像素134類(lèi)似，除了CMOS像素334包括安置在像素上方用來(lái)將入射到像素上的入射光線重導(dǎo)向光電探測(cè)器46的穹形表面微透鏡382以外。表面微透鏡382具有正光學(xué)放大倍率的凸透鏡結(jié)構(gòu)。不同于與像素134的像素光學(xué)元件匹配的表面微透鏡82，表面微透鏡382是具有過(guò)大放大倍率的表面微透鏡。
正如在背景部分所討論的，隨著圖像傳感器擴(kuò)展到越來(lái)越小的技術(shù)特征尺寸，表面微透鏡趨向具有更彎曲的微透鏡表面，這一般導(dǎo)致由像素334的表面微透鏡382示出的過(guò)大放大倍率的表面微透鏡。如圖5所示，表面微透鏡382導(dǎo)致光路384為非理想的，該光路具有在光電探測(cè)器46的感光區(qū)域前的焦點(diǎn)。從而，光路384中的光線在其碰撞光電探測(cè)器46的感光區(qū)域時(shí)不再是會(huì)聚的，而是發(fā)散的，這增加了在光電探測(cè)器46的感光區(qū)域的空間擴(kuò)散(即，光路384中的光子撞擊光電探測(cè)器46的區(qū)域大于86標(biāo)示出的期望的小感光區(qū)域)。增加的空間擴(kuò)散降低了像素334的空間分辨率和彩色保真度。
圖6是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CMOS像素434的橫截面的說(shuō)明性示例。光電探測(cè)器46安置在形成像素底層的硅(Si)襯底70中。像素控制元件和相關(guān)互連電路在72處總的示出，并且安置在由多層電介質(zhì)絕緣層(例如，二氧化硅(SiO2)或其他適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)材料)76隔離的多層金屬層中。垂直互連短截線或?qū)Э?7電連接位于不同金屬層74中的元件。
嵌入微透鏡488形成在交替的金屬層74和電介質(zhì)絕緣層76上。嵌入的微透鏡488具有正光學(xué)發(fā)大倍率的凸透鏡結(jié)構(gòu)。電介質(zhì)鈍化層78安置在嵌入微透鏡488上方。包括抗蝕材料的彩色濾光層80(例如，將在下面描述的Bayer圖案的紅、綠或藍(lán))安置在鈍化層78上方。包括具有大于1的折射率的適當(dāng)材料(例如，光阻材料、其他適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)材料、或者二氧化硅(SiO2))的穹形表面微透鏡482安置在像素434上方，以將入射到像素的入射光線重導(dǎo)向光電探測(cè)器46。表面微透鏡482具有正光學(xué)放大倍率的凸透鏡結(jié)構(gòu)。
嵌入微透鏡488包括折射率大于1的適當(dāng)?shù)牟牧?。在一個(gè)實(shí)施例中，嵌入微透鏡488包括相對(duì)高折射率的材料(例如，氮化硅(Si3N4)或具有相對(duì)高折射率的其他適當(dāng)?shù)牟牧?。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)例如采用化學(xué)氣相沉積工藝在交替的金屬層74和電介質(zhì)絕緣層76上沉積氮化硅薄膜從而形成嵌入微透鏡488。在沉積了氮化硅薄膜后，該薄膜被蝕刻來(lái)形成凸透鏡結(jié)構(gòu)的嵌入微透鏡488。
嵌入微透鏡488將自表面微透鏡482提供的光線重導(dǎo)向，以將光子更好地聚焦到光電探測(cè)器46的盡可能小的感光區(qū)域(標(biāo)示為86)中，這減小了在光電探測(cè)器46的感光區(qū)域處的空間擴(kuò)散。嵌入微透鏡488也可以通過(guò)增大入射光子撞擊光電探測(cè)器46的角度從而有效地增加像素434的填充因子。
如圖6所示，表面微透鏡482可以是與圖4示出的微透鏡282相似的放大倍率不足的表面微透鏡。但是，像素434包括具有正光學(xué)放大倍率的嵌入微透鏡488，其與具有正光學(xué)放大倍率的微透鏡482一起工作來(lái)實(shí)現(xiàn)更理想的光路484，該光路與像素434的像素光學(xué)元件基本匹配。通過(guò)一起工作，表面微透鏡482和嵌入微透鏡488具有高的光收集率(lightcollection power)，這有助于大填充因子和高靈敏度。另外，如圖6所示，光子被表面微透鏡482聚焦，然后被嵌入微透鏡488沿光路484進(jìn)一步聚焦到光電探測(cè)器46的盡可能小的感光區(qū)域(標(biāo)示為86)上，這導(dǎo)致最小的空間擴(kuò)散。最小的空間擴(kuò)散提高了像素434的空間分辨率和彩色保真度。
嵌入微透鏡488被嵌入在形成CMOS像素434的層中。結(jié)果，嵌入微透鏡488與現(xiàn)有CMOS工藝技術(shù)相容，并且更容易地隨漸降的技術(shù)特征尺寸擴(kuò)展。
另外，結(jié)合表面微透鏡482添加微透鏡488可以向圖像傳感器設(shè)計(jì)和圖像傳感器制作工藝提供額外的靈活性。
與不包括嵌入微透鏡但是具有表面微透鏡的基本類(lèi)似的像素相比，具有嵌入微透鏡488的像素434的一個(gè)示例性實(shí)施例實(shí)現(xiàn)接近20～30％的OE提高。
圖7是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CMOS像素534的橫截面的說(shuō)明性示例。CMOS像素534的結(jié)構(gòu)與上述CMOS像素434的結(jié)構(gòu)類(lèi)似。CMOS像素534包括形成在交替的金屬層74和電介質(zhì)絕緣層76上方的嵌入微透鏡590。不同于嵌入微透鏡488的凸透鏡結(jié)構(gòu)，嵌入微透鏡590具有負(fù)光學(xué)放大倍率的凹透鏡結(jié)構(gòu)。電介質(zhì)鈍化層78安置在嵌入微透鏡590上方。包括抗蝕材料的彩色濾光層80安置在鈍化層78上方。包括折射率大于1的適當(dāng)材料的穹形表面微透鏡582安置在像素534上方，以將入射到像素的入射光線重導(dǎo)向光電探測(cè)器46。表面微透鏡582具有正光學(xué)放大倍率的凸透鏡結(jié)構(gòu)。
嵌入微透鏡590包括折射率大于1的適當(dāng)?shù)牟牧?。在一個(gè)實(shí)施例中，嵌入微透鏡590包括具有相對(duì)高折射率的材料(例如，氮化硅(Si3N4)或具有相對(duì)高折射率的其他適當(dāng)?shù)牟牧?。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)例如采用化學(xué)氣相沉積工藝在交替的金屬層74和電介質(zhì)絕緣層76上沉積氮化硅薄膜從而形成嵌入微透鏡590。在沉積了氮化硅薄膜后，該薄膜被蝕刻來(lái)形成嵌入微透鏡590結(jié)構(gòu)。
嵌入微透鏡590將自表面微透鏡582提供的光線重導(dǎo)向，以將光子更好地聚焦到光電探測(cè)器46的盡可能小的感光區(qū)域(標(biāo)示為86)中，這減小了在光電探測(cè)器46的感光區(qū)域處的空間擴(kuò)散。嵌入微透鏡590也可以通過(guò)增大入射光子撞擊光電探測(cè)器46的角度從而有效地增加像素534的填充因子。
如圖7所示，表面微透鏡582可以是與圖5示出的微透鏡382相似的過(guò)大放大倍率的表面微透鏡，但是，像素534包括具有負(fù)光學(xué)放大倍率的嵌入微透鏡590，其與具有正光學(xué)放大倍率的微透鏡582一起工作來(lái)實(shí)現(xiàn)更理想的光路584，該光路與像素534的像素光學(xué)元件基本匹配。通過(guò)一起工作，表面微透鏡582和嵌入微透鏡590具有高的光收集率，這有助于大填充因子和高靈敏度。另外，如圖7所示，將被表面微透鏡582過(guò)度聚焦的光子被嵌入微透鏡590重定向，沿光路584到光電探測(cè)器46的盡可能小的感光區(qū)域(標(biāo)示為86)上，這導(dǎo)致最小的空間擴(kuò)散。最小的空間擴(kuò)散提高了像素534的空間分辨率和彩色保真度。
嵌入微透鏡590被嵌入在形成CMOS像素534的層中。結(jié)果，嵌入微透鏡590與現(xiàn)有CMOS工藝技術(shù)相容，并且更容易地隨漸降的技術(shù)特征尺寸擴(kuò)展。
另外，結(jié)合表面微透鏡582添加微透鏡590可以向圖像傳感器設(shè)計(jì)和圖像傳感器制作工藝提供額外的靈活性。
在圖6示出的像素434和圖7示出的像素534中，彩色濾光層80安置在鈍化層78上方。這樣，在像素434中，在由表面微透鏡482重定向的光線沿光路484抵達(dá)嵌入微透鏡488前，彩色濾光層80對(duì)該光線濾光。類(lèi)似地，在像素534中，在由表面微透鏡582重定向的光線沿光路584抵達(dá)嵌入微透鏡590前，彩色濾光層80對(duì)該光線濾光。
圖8是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CMOS像素634的橫截面的說(shuō)明性示例。CMOS像素634的結(jié)構(gòu)與上述CMOS像素434的結(jié)構(gòu)類(lèi)似。包括抗蝕材料的彩色濾光層680(例如，將在下面描述的Bayer圖案的紅、綠或藍(lán))安置在交替的金屬層74和電介質(zhì)絕緣層76上方。嵌入微透鏡688形成在彩色濾光層680上方。嵌入微透鏡688具有正光學(xué)放大倍率的凸透鏡結(jié)構(gòu)。電介質(zhì)鈍化層78安置在嵌入微透鏡688上方。包括折射率大于1的適當(dāng)材料的穹形表面微透鏡682安置在像素634上方，以將入射到像素的入射光線重導(dǎo)向光電探測(cè)器46。表面微透鏡682具有正光學(xué)放大倍率的凸透鏡結(jié)構(gòu)。
嵌入微透鏡688包括折射率大于1的適當(dāng)?shù)牟牧?。在一個(gè)實(shí)施例中，嵌入微透鏡688包括具有相對(duì)高折射率的材料(例如，氮化硅(Si3N4)或具有相對(duì)高折射率的其他適當(dāng)?shù)牟牧?。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)例如采用化學(xué)氣相沉積工藝在彩色濾光層680上沉積氮化硅薄膜從而形成嵌入微透鏡688。在沉積了氮化硅薄膜后，該薄膜被蝕刻來(lái)形成嵌入微透鏡688結(jié)構(gòu)。
嵌入微透鏡688將自表面微透鏡682提供的光線重導(dǎo)向，以類(lèi)似于上述像素434的嵌入微透鏡488將光子更好地聚焦到光電探測(cè)器46的盡可能小的感光區(qū)域(標(biāo)示為86)中。不同于像素434，像素634包括彩色濾光層680，彩色濾光層680在光線被嵌入微透鏡688沿光路684重定向后對(duì)該光線濾光。
如圖8所示，表面微透鏡682可以是與圖4示出的微透鏡282相似的放大倍率不足的表面微透鏡，但是，像素634包括具有正光學(xué)放大倍率的嵌入微透鏡688，其與具有正光學(xué)放大倍率的微透鏡682一起工作來(lái)實(shí)現(xiàn)更理想的光路684，該光路與像素634的像素光學(xué)元件基本匹配。通過(guò)一起工作，表面微透鏡682和嵌入微透鏡688具有高的光收集率，這有助于大填充因子和高靈敏度。另外，如圖8所示，光子被表面微透鏡682聚焦，然后被嵌入微透鏡688進(jìn)一步聚焦，沿光路684到光電探測(cè)器46的盡可能小的感光區(qū)域(標(biāo)示為86)上，這導(dǎo)致最小的空間擴(kuò)散。最小的空間擴(kuò)散提高了像素634的空間分辨率和彩色保真度。
在像素434和534中，彩色濾光層80位于沿光路在嵌入微透鏡之前。在圖8示出的像素634中，彩色濾光層680位于沿光路684在嵌入微透鏡688之后。在根據(jù)本發(fā)明的像素的另一個(gè)實(shí)施例中，彩色濾光層集成在嵌入光學(xué)元件中，例如嵌入的彩色濾光微透鏡。
嵌入微透鏡688被嵌入在形成CMOS像素634的層中。結(jié)果，嵌入微透鏡688與現(xiàn)有CMOS工藝技術(shù)相容，并且更容易地隨漸降的技術(shù)特征尺寸擴(kuò)展。
另外，結(jié)合表面微透鏡682添加微透鏡688可以向圖像傳感器設(shè)計(jì)和圖像傳感器制作工藝提供額外的靈活性。
圖9是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CMOS像素734的橫截面的說(shuō)明性示例。CMOS像素734的結(jié)構(gòu)與上述CMOS像素634的結(jié)構(gòu)類(lèi)似。但是，CMOS像素734不包括表面微透鏡。
包括抗蝕材料的彩色濾光層780(例如，將在下面描述的Bayer圖案的紅、綠或藍(lán))安置在交替的金屬層74和電介質(zhì)絕緣層76上方。嵌入微透鏡788形成在彩色濾光層780上方。嵌入微透鏡788具有正光學(xué)放大倍率的凸透鏡結(jié)構(gòu)。電介質(zhì)鈍化層78安置在嵌入微透鏡788上方。
嵌入微透鏡788包括折射率大于1的適當(dāng)材料。在一個(gè)實(shí)施例中，嵌入微透鏡788包括具有相對(duì)高折射率的材料(例如，氮化硅(Si3N4)或具有相對(duì)高折射率的其他適當(dāng)?shù)牟牧?。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)例如采用化學(xué)氣相沉積工藝在彩色濾光層780上沉積氮化硅薄膜從而形成嵌入微透鏡788。在沉積了氮化硅薄膜后，該薄膜被蝕刻來(lái)形成嵌入微透鏡788結(jié)構(gòu)。
取決于特定工藝實(shí)現(xiàn)，與表面微透鏡例如表面微透鏡482、582和682相比，這種類(lèi)型的沉積和蝕刻工藝可以產(chǎn)生較低成本、較高折射率的嵌入微透鏡，例如嵌入微透鏡488、590、688和788。表面微透鏡一般旋涂在硅晶片上，并且形成表面微透鏡的薄膜具有這樣的溶劑，該溶劑允許在形成工藝期間表面微透鏡薄膜在整個(gè)晶片上基本平坦。在典型工藝中某一刻，這種液體溶劑被烘烤。另外，表面微透鏡一般是涂覆的，這是由于表面微透鏡在像素的表面處。取決于特定工藝實(shí)現(xiàn)，用來(lái)形成表面微透鏡的這些工藝可能更昂貴，并且導(dǎo)致具有較低折射率的透鏡。
嵌入微透鏡788被嵌入在形成CMOS像素734的層中。結(jié)果，嵌入微透鏡788與現(xiàn)有CMOS工藝技術(shù)相容，并且更容易地隨漸降的技術(shù)特征尺寸擴(kuò)展。
嵌入微透鏡788將入射到像素734上的入射光重導(dǎo)向光電探測(cè)器46。嵌入微透鏡788將光子聚焦到光電探測(cè)器46的盡可能小的感光區(qū)域(標(biāo)示為86)中，以降低在光電探測(cè)器46的感光區(qū)域處的空間擴(kuò)散。減小的空間擴(kuò)散提高了像素734的空間分辨率和彩色保真度。嵌入微透鏡788通過(guò)增大入射光子撞擊光電探測(cè)器46的角度，還可以有效地增加像素734的填充因子。
如圖9所示，具有正光學(xué)放大倍率的嵌入微透鏡788工作來(lái)實(shí)現(xiàn)光路784，光路784與像素734的像素光學(xué)元件基本匹配。嵌入微透鏡788優(yōu)選具有高的光收集率，這有助于大填充因子和高靈敏度。
與不包括嵌入微透鏡的基本類(lèi)似的像素相比，具有嵌入微透鏡788的像素734的一個(gè)示例性實(shí)施例實(shí)現(xiàn)近似50到60％的OE提高。OE的提高隨像素尺寸減小而增加到對(duì)應(yīng)于更小的技術(shù)特征尺寸。
如上所述，諸如微透鏡488、590、688和788之類(lèi)的嵌入微透鏡可以提高像素的OE。另外，嵌入微透鏡可應(yīng)用來(lái)提高和/或優(yōu)化與像素性能相關(guān)聯(lián)的其他特定客觀的或可測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)。依賴(lài)OE的像素性能標(biāo)準(zhǔn)的某些示例(可以利用嵌入微透鏡對(duì)它們進(jìn)行改善和/或優(yōu)化)包括像素響應(yīng)、像素彩色響應(yīng)(例如，紅、綠或藍(lán)響應(yīng))、以及像素串?dāng)_。
像素響應(yīng)被定義為在所定義的積分期間由該像素的光電探測(cè)器積分的電荷量。像素響應(yīng)可以利用嵌入微透鏡提高，例如微透鏡488、590、688和788。
彩色圖像傳感器像素陣列(例如圖1示出的像素陣列32)一般常配置為使陣列的每個(gè)像素被分配為感知獨(dú)立的原色。這種分配通過(guò)在像素陣列上放置彩色濾光陣列、每個(gè)像素具有與其被分配的原色相對(duì)應(yīng)的相關(guān)彩色濾光器而實(shí)現(xiàn)。這類(lèi)彩色濾光器的示例包括像素134、234、334、434和534的彩色濾光層80；像素634的彩色濾光層680；和像素734的彩色濾光層780。在光線穿過(guò)彩色濾光器時(shí)，只有所分配的原色的波長(zhǎng)穿過(guò)。已開(kāi)發(fā)出了多種彩色濾光器陣列，但是一種常用的彩色濾光器陣列是Bayer圖案。Bayer圖案應(yīng)用綠色像素之間嵌入紅色像素、綠色像素之間嵌入藍(lán)色像素的交替行。這樣，Bayer圖案的綠色像素是紅色或藍(lán)色像素的兩倍。Bayer圖案利用了人眼偏好在定義銳度時(shí)將綠色照明看作最強(qiáng)的影響，從而不管應(yīng)用Bayer圖案的像素陣列水平朝向還是垂直朝向，該陣列都提供基本相等的圖像感知響應(yīng)。
當(dāng)布置被配置為感知某一波長(zhǎng)或某一范圍的波長(zhǎng)的像素時(shí)，例如被分配為感知綠、藍(lán)或紅的構(gòu)成根據(jù)Bayer圖案安排的部分像素陣列的像素時(shí)，最好能夠?qū)ο袼貙?duì)分配給其的彩色的響應(yīng)(即，彩色響應(yīng))進(jìn)行優(yōu)化。嵌入微透鏡(例如嵌入微透鏡488、590、688和788)可以提高像素的彩色響應(yīng)。
在彩色圖像傳感器中，術(shù)語(yǔ)“像素串?dāng)_”一般指可歸因于具有分配給該像素的彩色之外的彩色(即，波長(zhǎng))的入射到該像素的光電探測(cè)器上的入射光線的像素響應(yīng)的部分或量。這種串?dāng)_是不期望的，因?yàn)樗瓜袼仨憫?yīng)于分配給其的彩色而收集的電荷的量失真。例如，撞擊綠像素的光電探測(cè)器的來(lái)自可見(jiàn)光譜的紅和/或藍(lán)部分的光線將導(dǎo)致該像素收集到比只有來(lái)自可見(jiàn)光譜的綠色部分的光線撞擊該光電探測(cè)器會(huì)收集到的電荷高的電荷。這種串?dāng)_可以產(chǎn)生失真或偽信號(hào)，從而降低所感知的圖像的質(zhì)量。利用嵌入微透鏡例如微透鏡488、590、688和788可以充分降低串?dāng)_。
上述嵌入微透鏡488、590、688和788是嵌入光學(xué)元件的實(shí)施例。除了微透鏡之外的其他適當(dāng)?shù)那度牍鈱W(xué)元件也可以嵌入在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的像素中，以部分限定像素內(nèi)的光路。例如，上述嵌入微透鏡488、590、688和788都是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的。像素的另一個(gè)實(shí)施例可以包括不是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的嵌入光學(xué)元件，例如棱鏡。
在某些實(shí)施例中，嵌入光學(xué)元件具有正光學(xué)放大倍率的凸透鏡結(jié)構(gòu)，例如嵌入微透鏡488、688和788。在某些實(shí)施例中，嵌入光學(xué)元件具有負(fù)光學(xué)放大倍率的凹透鏡結(jié)構(gòu)，例如嵌入微透鏡590。在某些實(shí)施例中，嵌入光學(xué)元件具有基本沒(méi)有光學(xué)放大倍率的基本平坦結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，嵌入光學(xué)元件具有組合光學(xué)放大倍率的鞍狀結(jié)構(gòu)。
在備有具有嵌入光學(xué)元件的像素的APS的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列中嵌入光學(xué)元件具有基本一致的光學(xué)放大倍率。在備有具有嵌入光學(xué)元件的像素的APS的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列中嵌入光學(xué)元件具有不同的光學(xué)放大倍率。不同的光學(xué)放大倍率例如可以通過(guò)改變嵌入光學(xué)元件的結(jié)構(gòu)的曲率和/或改變形成嵌入光學(xué)元件的材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。
上述嵌入光學(xué)元件(例如，嵌入微透鏡488、590、688和788)具有球面幾何結(jié)構(gòu)。嵌入光學(xué)元件的其他實(shí)施例具有非球面幾何結(jié)構(gòu)。
在備有具有嵌入光學(xué)元件的像素的APS的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列中嵌入光學(xué)元件具有基本一致的幾何結(jié)構(gòu)。在備有具有嵌入光學(xué)元件的像素的APS的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列中嵌入光學(xué)元件具有不同的幾何結(jié)構(gòu)。在整個(gè)像素陣列中可以不同的嵌入光學(xué)元件的幾何結(jié)構(gòu)的類(lèi)型的示例包括嵌入光學(xué)元件的尺寸、嵌入光學(xué)元件的厚度和嵌入光學(xué)元件的曲率。
上述嵌入微透鏡488、590和688的光軸分別與相應(yīng)表面微透鏡482、582和682的光軸在同一直線上。根據(jù)本發(fā)明的像素不限于這種對(duì)準(zhǔn)和配置。例如，根據(jù)本發(fā)明的像素的一個(gè)實(shí)施例包括這樣的嵌入光學(xué)元件，該嵌入光學(xué)元件的光軸相對(duì)于相應(yīng)表面微透鏡的光軸傾斜。在像素的一個(gè)實(shí)施例中，該像素包括其光軸從相應(yīng)表面微透鏡的光軸偏心的嵌入光學(xué)元件。
在備有具有嵌入光學(xué)元件的像素的APS的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列中不同的入射角處嵌入光學(xué)元件具有基本一致的偏移(即，偏心)。在備有具有嵌入光學(xué)元件的像素的APS的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列中不同的入射角處嵌入光學(xué)元件具有不同的偏移(即，偏心)。在備有具有嵌入光學(xué)元件的像素的APS的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列中不同的入射角處嵌入光學(xué)元件具有基本一致的傾斜。在備有具有嵌入光學(xué)元件的像素的APS的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列中不同的入射角處嵌入光學(xué)元件具有不同的傾斜。
在備有具有嵌入光學(xué)元件的像素的APS的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列中像素具有基本一致的像素間距。在備有具有嵌入光學(xué)元件的像素的APS的一個(gè)實(shí)施例中，在整個(gè)像素陣列中像素具有不同的像素間距。
圖10是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CMOS像素834的橫截面的說(shuō)明性示例。CMOS像素834的結(jié)構(gòu)與CMOS像素434的結(jié)構(gòu)基本類(lèi)似，除了像素834包括嵌入光學(xué)元件892之外。嵌入光學(xué)元件892是阻擋不期望的光線的光學(xué)遮蔽元件或開(kāi)口。在一個(gè)實(shí)施例中，嵌入光學(xué)元件892是吸收式的。在一個(gè)實(shí)施例中，嵌入光學(xué)元件892是反射式的。在一個(gè)實(shí)施例中，嵌入光學(xué)元件892是光譜選擇性的。
盡管這里已示出并描述了特定實(shí)施例，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，多種替代和/或等同實(shí)現(xiàn)可以替換所示出并描述的特定實(shí)施例。本申請(qǐng)是要覆蓋這里所討論的實(shí)施例的所有修改和改變。因此，本發(fā)明僅由權(quán)利要求和權(quán)利要求的等同物限制。
權(quán)利要求
1.一種像素，包括配置為接收入射光的表面；由半導(dǎo)體襯底形成的底層；安置在所述底層中的光電探測(cè)器；安置在所述表面和所述底層之間的電介質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中所述表面和所述光電探測(cè)器之間的大量所述電介質(zhì)結(jié)構(gòu)提供光路，所述光路配置為將所述表面上的部分所述入射光透射到所述光電探測(cè)器；以及嵌入光學(xué)元件，其被安置為至少部分在所述光路內(nèi)，并且被配置為部分限定所述光路。
2.如權(quán)利要求1所述的像素，其中，所述嵌入光學(xué)元件構(gòu)造為增加經(jīng)由所述光路透射到所述光電探測(cè)器的所述部分入射光。
3.如權(quán)利要求1所述的像素，其中，所述嵌入光學(xué)元件包括嵌入透鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的像素，其中，所述嵌入光學(xué)元件是從由下述元件構(gòu)成的組中選出的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)光學(xué)元件；和旋轉(zhuǎn)不對(duì)稱(chēng)光學(xué)元件。
5.如權(quán)利要求1所述的像素，其中，所述嵌入光學(xué)元件是從由下述元件構(gòu)成的組中選出的具有球面幾何結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件；和具有非球面幾何結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。
6.如權(quán)利要求1所述的像素，包括配置為遮檔不期望的光的嵌入光學(xué)遮蔽元件。
7.如權(quán)利要求6所述的像素，其中，所述光學(xué)遮蔽元件是從由下述元件構(gòu)成的組中選出的吸收性光學(xué)元件；反射性光學(xué)元件；和光譜選擇性光學(xué)元件。
8.如權(quán)利要求1所述的像素，包括表面透鏡，其形成在所述表面上，并且配置為接收入射光并將所述入射光重導(dǎo)向到所述嵌入光學(xué)元件。
9.如權(quán)利要求8所述的像素，其中，所述嵌入光學(xué)元件具有從由下述光軸組成的組中選擇出的光軸與所述表面透鏡的光軸在一條直線上的光軸；相對(duì)于所述表面透鏡的光軸傾斜的光軸；和從所述表面透鏡的光軸偏心的光軸。
10.如權(quán)利要求1所述的像素，包括從由下述彩色濾光器組成的組中選擇出的彩色濾光器安置在所述表面和所述嵌入光學(xué)元件之間的光路內(nèi)的彩色濾光器；安置在所述嵌入光學(xué)元件和所述光電探測(cè)器之間的光路內(nèi)的彩色濾光器；和集成在所述嵌入光學(xué)元件中的彩色濾光器。
11.如權(quán)利要求1所述的像素，其中，所述嵌入光學(xué)元件是從由下述元件構(gòu)成的組中選出的具有正光學(xué)放大倍率的凸透鏡結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件；具有負(fù)光學(xué)放大倍率的凹透鏡結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件；具有基本無(wú)光學(xué)放大倍率的基本平坦結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件；和具有組合光學(xué)放大倍率的鞍狀結(jié)構(gòu)的光學(xué)元件。
12.如權(quán)利要求1所述的像素，其中，所述像素是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體像素。
13.一種圖像傳感器，包括像素陣列，每個(gè)像素包括光電探測(cè)器；放置在入射到所述像素上的光和所述光電探測(cè)器之間的電介質(zhì)；以及嵌入透鏡，其被安置在所述電介質(zhì)中，并且配置為將入射到所述像素上的一部分光重導(dǎo)向到所述光電探測(cè)器。
14.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中每個(gè)像素包括表面透鏡，其被形成在所述電介質(zhì)上，并且配置為接收所述入射到所述像素上的光，并將所述入射到所述像素上的光重導(dǎo)向到所述嵌入透鏡。
15.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中，所述像素陣列是從由下述像素陣列構(gòu)成的組中選出的包括下述像素的像素陣列，所述像素在整個(gè)所述像素陣列中具有基本一致的像素間距；和包括下述像素的像素陣列，所述像素在整個(gè)所述像素陣列中具有不同像素間距。
16.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中，所述像素陣列是從由下述像素陣列構(gòu)成的組中選出的包括下述像素的像素陣列，所述像素具有在整個(gè)所述像素陣列中不同入射角處有基本一致的偏移的嵌入透鏡；和包括下述像素的像素陣列，所述像素具有在整個(gè)所述像素陣列中不同入射角處有不同偏移的嵌入透鏡。
17.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中，所述像素陣列是從由下述像素陣列構(gòu)成的組中選出的包括下述像素的像素陣列，所述像素具有在整個(gè)所述像素陣列中不同入射角處有基本一致的傾斜的嵌入透鏡；和包括下述像素的像素陣列，所述像素具有在整個(gè)所述像素陣列中不同入射角處有不同傾斜的嵌入透鏡。
18.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中，所述像素陣列是從由下述像素陣列構(gòu)成的組中選出的包括下述像素的像素陣列，所述像素具有在整個(gè)所述像素陣列中有基本一致的幾何結(jié)構(gòu)的嵌入透鏡；和包括下述像素的像素陣列，所述像素具有在整個(gè)所述像素陣列中有不同的幾何結(jié)構(gòu)的嵌入透鏡。
19.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中，所述像素陣列是從由下述像素陣列構(gòu)成的組中選出的包括下述像素的像素陣列，所述像素具有在整個(gè)所述像素陣列中有基本一致的光學(xué)放大倍率的嵌入透鏡；和包括下述像素的像素陣列，所述像素具有在整個(gè)所述像素陣列中有不同的光學(xué)放大倍率的嵌入透鏡。
20.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中所述嵌入透鏡包括微透鏡。
21.一種操作基于半導(dǎo)體的像素的方法，所述方法包括利用表面接收入射光；和在安置在所述表面和光電探測(cè)器之間的電介質(zhì)結(jié)構(gòu)中限定的光路內(nèi)，使所述入射光線的一部分透射到所述光電探測(cè)器，所述透射包括利用安置為至少部分在所述光路內(nèi)的嵌入光學(xué)元件增加經(jīng)由所述光路透射到所述光電探測(cè)器的所述部分入射光。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述透射包括利用嵌入透鏡增加經(jīng)由所述光路透射到所述光電探測(cè)器的所述部分入射光。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種像素，其包括配置為接收入射光的表面和由半導(dǎo)體襯底形成的底層。光電探測(cè)器安置在底層中。電介質(zhì)結(jié)構(gòu)安置在表面和底層之間。該表面和光電探測(cè)器之間的大量電介質(zhì)結(jié)構(gòu)提供光路，該光路配置為將表面上的部分入射光透射到光電探測(cè)器。嵌入光學(xué)元件安置為至少部分在光路內(nèi)，并且配置為部分限定該光路。
文檔編號(hào)H01L27/146GK1816117SQ200610003230
公開(kāi)日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2006年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者克里斯托弗·D·斯萊斯百, 霍馬育恩·哈達(dá)得, 王劍宏, 威廉·G·戈則雷 申請(qǐng)人:安捷倫科技有限公司