包含垂直溢漏的圖像傳感器和像素的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包含垂直溢漏的圖像傳感器和像素。本發(fā)明提供一種設(shè)備的實施例，所述設(shè)備包括像素陣列，所述像素陣列包含形成于襯底中的多個像素，所述襯底具有前表面和背表面，每一像素包含形成于所述前表面處或所述前表面附近的光敏區(qū)且從所述前表面延伸到所述襯底中達(dá)選定深度。濾光片陣列耦合到所述像素陣列，所述濾光片陣列包含多個個別濾光片，每一濾光片光學(xué)上耦合到對應(yīng)光敏區(qū)，且垂直溢漏VOD定位于所述襯底中在所述背表面與所述陣列中的至少一個像素的所述光敏區(qū)之間。
【專利說明】包含垂直溢漏的圖像傳感器和像素

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]所揭示實施例一般來說涉及圖像傳感器，且明確地說，但非排他地，涉及包含垂直溢漏的背側(cè)照明圖像傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]典型圖像傳感器包含形成于傳感器的前側(cè)上的各種光學(xué)元件和電子元件。光學(xué)元件至少包含個別像素陣列以俘獲入射在圖像傳感器上的光，而電子元件包含晶體管。盡管光學(xué)元件和電子元件形成于前側(cè)上，但圖像傳感器可作為前側(cè)照明(FSI)圖像傳感器或背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器來操作。在FSI圖像傳感器中，待由像素陣列中的像素俘獲的光入射在傳感器的前側(cè)上，而在BSI圖像傳感器中，待俘獲的光入射在傳感器的背側(cè)上。
[0003]與FSI圖像傳感器相比較，BSI圖像傳感器徹底地改善填充因子、量子效率和交叉干擾，因此改善傳感器的總的光學(xué)性能。BSI技術(shù)也使得有可能連續(xù)地將CMOS像素大小按比例縮小到低于0.11微米。但不同于FSI，BSI模糊問題歸因于三個主要障礙而未得到令人滿意地解決。首先，BSI傳感器本質(zhì)上不具有高度摻雜的塊體區(qū)以重新組合額外光電子。其次，對于1.75微米和低于1.75微米的像素大小，BSI在性能上比FSI優(yōu)越，但不同于FSI，存在較少空間供將抗模糊特征添加到已經(jīng)非常小的像素單元中。最后，BSI圖像傳感器從背側(cè)收集光子，但BSI傳感器中的硅襯底比FSI圖像傳感器中的襯底薄，這意味著傳統(tǒng)設(shè)計的傳感器中存在很少的垂直空間供在背側(cè)與光電檢測器之間賦予垂直溢漏以俘獲額外光電子。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個方面涉及一種設(shè)備，其包括:像素陣列，其包含形成于襯底中的多個像素，所述襯底具有前表面和背表面，每一像素包含形成于所述前表面處或所述前表面附近的光敏區(qū)且從所述前表面延伸到所述襯底中達(dá)選定深度；濾光片陣列，其耦合到所述像素陣列，所述濾光片陣列包含多個個別濾光片，每一濾光片光學(xué)上耦合到對應(yīng)光敏區(qū)；垂直溢漏(VOD)，其定位于所述襯底中在所述背表面與所述陣列中的至少一個像素的所述光敏區(qū)之間。
[0005]本發(fā)明的另一方面涉及一種方法，其包括:形成像素陣列，所述像素陣列包含襯底中的多個像素，所述襯底具有前表面和背表面，每一像素包含形成于所述前表面處或所述前表面附近的光敏區(qū)且從所述前表面延伸到所述襯底中達(dá)選定深度，其中每一像素的所述光敏區(qū)光學(xué)上耦合到個別濾光片；以及在所述襯底中在所述背表面與所述陣列中的至少一個像素的所述光敏區(qū)之間形成垂直溢漏(VOD)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]參看以下圖描述本發(fā)明的非限制性且非詳盡實施例，其中除非另有指定，否則相似參考數(shù)字貫穿各視圖指相似部分。
[0007]圖1為背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器的實施例的一部分的截面圖。
[0008]圖2為背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器的實施例的截面圖。
[0009]圖3A為包含垂直溢漏(VOD)的背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器的實施例的平面圖。
[0010]圖3B為實質(zhì)上沿剖面線B-B所剖而成的圖3A的背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器的實施例的截面圖。
[0011]圖4A到圖4B分別為包含垂直溢漏(VOD)的背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器的另一實施例的截面圖和平面圖。
[0012]圖5A到圖5B分別為包含垂直溢漏(VOD)的背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器的另一實施例的截面圖和平面圖。
[0013]圖6A到圖6B分別為包含垂直溢漏(VOD)的背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器的另一實施例的截面圖和平面圖。
[0014]圖7A為包含垂直溢漏(VOD)的背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器的一般化實施例的截面圖。
[0015]圖7B展示可用于包含垂直溢漏(VOD)的BSI圖像傳感器的實施例中的篩選模式最少重復(fù)單元(MRU)的不同實施例。
[0016]圖8為包含彩色濾光片陣列的圖像傳感器的實施例的示意圖。

【具體實施方式】
[0017]描述用于包含垂直溢漏的背側(cè)照明圖像傳感器的設(shè)備、系統(tǒng)和方法的實施例。描述特定細(xì)節(jié)以提供對實施例的透徹理解，但所屬相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員將認(rèn)識到，可在無所描述細(xì)節(jié)中的一者或一者以上的情況下實踐本發(fā)明，或通過其它方法、組件、材料等實踐本發(fā)明。在一些情況下，未詳細(xì)展示或描述熟知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，但熟知的結(jié)構(gòu)、材料或操作涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0018]貫穿本說明書的對“一個實施例”或“實施例”的參考意味著結(jié)合實施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在至少一個所描述實施例中。因此，在本說明書中的短語“在一個實施例中”或“在實施例中”的呈現(xiàn)未必全部指同一實施例。此外，可在一個或一個以上實施例中以任何合適方式來組合特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。
[0019]圖1說明背側(cè)照明圖像傳感器100的一部分的實施例。圖像傳感器100的所說明的部分包含形成于襯底102中的三個像素，襯底102具有前表面104、背表面106和介于前表面與背表面之間的厚度Λ。像素形成于前表面104中、前表面104上或前表面104附近。每一像素包含光敏區(qū)108、浮動節(jié)點(diǎn)112和轉(zhuǎn)移柵極110，在轉(zhuǎn)移柵極110接通時，將累積在光敏區(qū)108中的電荷(B卩，光電子)轉(zhuǎn)移到浮動節(jié)點(diǎn)。淺溝槽隔離(STI) 114可用以物理地分離且電學(xué)上隔離每一個別像素與像素陣列中的鄰近像素。
[0020]在積分周期(也被稱作曝光周期或累積周期)期間，光敏區(qū)108接收穿過背表面的入射光，如通過箭頭展示，且在光敏區(qū)108的耗盡體積中產(chǎn)生電荷(即，光電子)。在產(chǎn)生電荷之后，將電荷作為自由光電子保持在光敏區(qū)108中。在積分周期結(jié)束時，通過施加電壓脈沖以開啟轉(zhuǎn)移柵極110，將保持在光敏區(qū)108中的光電子(即，信號)轉(zhuǎn)移到浮動節(jié)點(diǎn)112。當(dāng)已將信號傳送到浮動節(jié)點(diǎn)112時，再次關(guān)掉轉(zhuǎn)移柵極110以開始另一積分周期。在已將信號從光敏區(qū)108傳送到浮動節(jié)點(diǎn)112之后，使用保持在每一浮動節(jié)點(diǎn)中的信號來調(diào)制放大晶體管120，放大晶體管120也被稱為隨耦器晶體管。地址晶體管118用以尋址像素及選擇性地將信號讀出到信號線上。最后，在經(jīng)由信號線讀出之后，重置晶體管116將浮動節(jié)點(diǎn)112和光敏區(qū)108重置到參考電壓，在一個實施例中，參考電壓為Vdd。
[0021]在于曝光周期期間經(jīng)受大量光的像素中(_例如，因為像素恰好對應(yīng)于圖像的非常明亮的部分_)，光敏區(qū)108迅速地變得“充滿”電荷載流子(例如，光電子)。當(dāng)光敏區(qū)變得充滿時，過量電荷載流子開始從光敏區(qū)108朝向相鄰像素的光敏區(qū)遷移，如通過圖中標(biāo)記為“e”的箭頭展示。電荷載流子從一個像素到鄰近像素的此遷移被稱為模糊。模糊使得來自鄰近像素的信號失真:在所得圖像中，最明亮的光點(diǎn)擴(kuò)大到周圍區(qū)域且使得圖片不準(zhǔn)確。STI114形成于襯底102中以試圖阻擋電荷載流子的此遷移，但STI并非完全有效且其在BSI圖像傳感器中的有效性低于在FSI圖像傳感器中的有效性。
[0022]圖2說明背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器200的實施例。BSI圖像傳感器200包含襯底204，襯底204具有彼此分離開對應(yīng)于襯底的厚度的距離Λ的前表面206和背表面208。光敏區(qū)210、212、214和216形成于襯底204中。在所說明的實施例中，光敏區(qū)210到216形成于前表面206處或前表面206附近且向襯底204中延伸達(dá)從前表面206測得的深度H。在不同實施例中，深度H可小于或等于Λ。在BSI圖像傳感器200的實施例中，通常形成于圖像傳感器的前表面上的其它元件(_例如，晶體管柵極、浮動擴(kuò)散等，如圖1中所展示)可存在于前表面206中、前表面206上或前表面206附近，但為了清晰起見，從圖式中省略了這些元件。
[0023]濾光片陣列217定位于背表面208上，使得濾光片陣列217中的每一個別濾光片耦合到對應(yīng)光敏區(qū)。在所說明的實施例中，濾光片陣列217含有多個個別原色濾光片，其中每一個別彩色濾光片光學(xué)上耦合到個別光敏區(qū):綠色濾光片218光學(xué)上耦合到光敏區(qū)210，紅色濾光片220光學(xué)上耦合到光敏區(qū)212，綠色濾光片222光學(xué)上耦合到光敏區(qū)214，且藍(lán)色濾光片224光學(xué)上耦合到光敏區(qū)216。微透鏡226可形成于個別濾光片上(如所展示)以有助于將入射在傳感器的背側(cè)上的光聚焦到相應(yīng)光敏區(qū)中。
[0024]在BSI圖像傳感器200的操作中，光入射在圖像傳感器的背側(cè)上。入射光透過微透鏡226進(jìn)入且透過濾光片218到224行進(jìn)，濾光片218到224僅允許其相應(yīng)原色光進(jìn)入襯底204中。每一原色光對應(yīng)于與所述色彩相關(guān)聯(lián)的波長范圍。當(dāng)不同的原色光穿透襯底204時，其進(jìn)入對應(yīng)光敏區(qū)210到216中，在光敏區(qū)210到216中，所述原色光被吸收且所述原色光產(chǎn)生光電子。不同色彩的光在襯底204中的不同深度處和/或相應(yīng)光敏區(qū)中被吸收。在所說明的實施例中，綠光在光敏區(qū)210和214中在距背表面208距離g處被吸收，藍(lán)光在光敏區(qū)216中在距背表面208距離b處被吸收，且紅光在光敏區(qū)212中在距背表面208距離r處被吸收。在經(jīng)摻雜硅襯底中，與較靠近光譜的紅外線端的光(即，較長波長)相比較，較靠近光譜的紫外線端的光(即，較短波長)在較小深度處被吸收。在所說明的實施例中，則，吸收距離b、g和r的相對大小實質(zhì)上通過b < g < r來給出。在其它實施例中，例如，在由不同材料制成的襯底中，不同色彩的吸收深度的相對幅值可不同于所說明的幅值。
[0025]圖3A到圖3B說明背側(cè)照明(BSI)圖像傳感器300的實施例。如圖3A中所展示，彩色濾光片陣列303耦合到像素陣列的背側(cè)。CFA303包含多個個別濾光片，所述多個濾光片中的每一者光學(xué)上耦合到像素陣列中的對應(yīng)個別像素。CFA通過將單獨(dú)原色的濾光片放置到每一像素上而將所述原色指配給所述像素。因此，例如，如果像素不具有濾光片或像素耦合到清晰(即，無色)濾光片，那么通常將像素稱作“清晰像素”，如果像素耦合到藍(lán)色濾光片，那么通常將像素稱作“藍(lán)色像素”，如果像素耦合到綠色濾光片，那么通常將像素稱作“綠色像素”，或如果像素耦合到紅色濾光片，那么通常將像素稱作“紅色像素”。當(dāng)光子通過某種原色的濾光片到達(dá)像素時，僅屬于所述原色的波長范圍內(nèi)的波長通過。所有其它波長被吸收。
[0026]CFA303中的個別濾光片以通常使例如MRU304等多個最少重復(fù)單元(MRU) —起傾斜而形成的某種圖案排列。最少重復(fù)單元是使得無其它重復(fù)單元具有較少個別濾光片的重復(fù)單元。給定彩色濾光片陣列可包含若干不同重復(fù)單元，但如果陣列中存在包含較少個別濾光片的另一重復(fù)單元，那么重復(fù)單元并非最少重復(fù)單元。所說明的實施例包含以熟知的拜耳圖案布置的紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)濾光片，所述拜耳圖案具有圖中所展示的3乘3MRU304。在其它實施例中，除R、G和B之外或代替R、G和B，CFA303可包含其它色彩。舉例來說，其它實施例可包含青色(C)、洋紅色(M)和黃色(Y)濾光片、清晰(即，無色)濾光片、紅外線濾光片、紫外線濾光片、X射線濾光片等。其它實施例也可包含具有MRU的濾光片陣列，所述MRU包含比針對MRU304所說明的情形多或少的數(shù)目個像素。
[0027]圖3B說明實質(zhì)上沿剖面線B-B所剖而成的BSI圖像傳感器300的截面圖。BSI圖像傳感器300在許多方面類似于BSI圖像傳感器200。圖像傳感器300包含襯底204，襯底204具有彼此分離為襯底的厚度的距離△的前表面206和背表面208。光敏區(qū)形成于前表面206處或前表面206附近，且濾光片陣列(在一個實施例中，例如CFA303等)定位于背表面208上，使得每一個別濾光片光學(xué)上耦合到對應(yīng)個別光敏區(qū)。微透鏡226可形成于如所展示的個別濾光片上以有助于將光聚焦到相應(yīng)光敏區(qū)域中。
[0028]圖像傳感器300與圖像傳感器200之間的主要差異為耦合到紅色濾光片220的光敏區(qū)302的深度h。在所說明的實施例中，從前表面206測量所得的光敏區(qū)302的深度h小于俘獲綠光或藍(lán)光的光敏區(qū)210、214和216的深度H。光敏區(qū)302的較小深度h在襯底204中在背表面208與光敏區(qū)302之間留下未經(jīng)摻雜區(qū)。因為紅光在距背表面208較大距離處被吸收，所以光敏區(qū)302的較小深度h對像素的性能具有最小影響。
[0029]垂直溢漏(VOD) 304定位于襯底204的未經(jīng)摻雜區(qū)中在光敏區(qū)302與背表面208之間。V0D304定位于襯底204中，使得其在背表面208處或背表面208附近且與光敏區(qū)302分離距離z，與光敏區(qū)210分離距離X，且與光敏區(qū)214分離距離y。在所說明的實施例中，距離y與X實質(zhì)上相等，從而指示V0D304實質(zhì)上定位于距環(huán)繞光敏區(qū)302的光敏區(qū)域(例如，光敏區(qū)210和214等)等距處。
[0030]在所說明的實施例中，V0D304實質(zhì)上為矩形且覆蓋光敏區(qū)302下的區(qū)域的較大部分；換句話說，對于V0D304，距離X、y和z較小。在其它實施例中，可調(diào)整距離z以調(diào)節(jié)光電子從光敏區(qū)302到V0D304中的流動，且可調(diào)整距離x和y以調(diào)節(jié)過量電子從鄰近于光敏區(qū)302的光敏區(qū)到V0D304中的流動。所說明的結(jié)構(gòu)可減少相鄰光敏區(qū)域中的模糊且也可通過吸收由鄰近像素產(chǎn)生的過量光電子減少交叉干擾。
[0031]在光敏區(qū)210、302、214和216為經(jīng)η摻雜區(qū)的實施例中，V0D304也可為經(jīng)η摻雜區(qū)。類似地，在光敏區(qū)210、302、214、216為經(jīng)P摻雜區(qū)的實施例中，V0D304可為經(jīng)ρ摻雜區(qū)。在一個實施例中，可通過使用已知植入物摻雜方法從背側(cè)植入摻雜劑而在襯底204中形成 V0D304。
[0032]圖4A到圖4B說明BSI圖像傳感器400的另一實施例。圖像傳感器400在大多數(shù)方面類似于圖像傳感器300:光敏區(qū)210、402、214、216形成于襯底204中且例如CFA303等濾光片陣列定位于背表面208上或背表面208之上，使得陣列中的每一濾光片光學(xué)上耦合到對應(yīng)光敏區(qū)。光敏區(qū)402具有從前表面206測量所得的深度h，深度h小于光敏區(qū)210、214和216的深度H，且V0D404形成于襯底204中在光敏區(qū)402與背表面208之間。
[0033]圖像傳感器400與300之間的主要差異在于:圖像傳感器400包含導(dǎo)電網(wǎng)格406，其形成于背表面208與CFA303之間且與背表面208通過電介質(zhì)層405分離。在一個實施例中，導(dǎo)電網(wǎng)格406可由金屬形成,但在其它實施例中，導(dǎo)電網(wǎng)格可由導(dǎo)電非金屬形成，例如，經(jīng)摻雜或未經(jīng)摻雜半導(dǎo)體。V0D404(例如)通過導(dǎo)通孔408電耦合到網(wǎng)格406，使得可將V0D404電接地且可通過導(dǎo)電網(wǎng)格帶走從鄰近光敏區(qū)流入V0D404中的過量電子，而不是如圖1中所展示遷移到相鄰光敏區(qū)中。
[0034]圖5A到圖5B說明BSI圖像傳感器400的另一實施例。圖像傳感器400在大多數(shù)方面類似于圖像傳感器300:光敏區(qū)210、402、214、216形成于襯底204中且例如CFA303等濾光片陣列定位于背表面208上或背表面208之上，使得陣列中的每一濾光片光學(xué)上耦合到對應(yīng)光敏區(qū)。光敏區(qū)402具有從前表面206測得的深度h，深度h小于光敏區(qū)210、214和216的深度H，且V0D504形成于襯底204中在光敏區(qū)402與背表面208之間。導(dǎo)電網(wǎng)格406形成于背表面208與CFA303之間，且與背表面208通過電介質(zhì)層405分離。V0D504 (例如)通過導(dǎo)通孔506電耦合到網(wǎng)格406，使得可將V0D504電接地且可帶走從光敏區(qū)流入V0D504中的過量電子，而不是如圖1中所展示遷移到相鄰光敏區(qū)中。
[0035]圖像傳感器500與400之間的主要差異為V0D504的大小和形狀?？啥ㄖ芕0D504的大小和形狀兩者以調(diào)節(jié)光電子從相鄰光敏區(qū)的流動。在圖像傳感器500中，V0D504實質(zhì)上為圓形，而不是實質(zhì)上為矩形，且也實質(zhì)上小于V0D404。換句話說，至少圖像傳感器500中的距離X和y(參見圖3)實質(zhì)上大于圖像傳感器400中的距離X和y。在其它實施例中，V0D504的形狀可為不同的，例如，其可為橢圓形、方形、三角形或任何其它多邊形或非多邊形形狀。
[0036]圖6A到圖6B說明BSI圖像傳感器600的另一實施例。圖像傳感器600在大多數(shù)方面類似于圖像傳感器400和500:光敏區(qū)210、402、214、216形成于襯底204中且例如CFA303等濾光片陣列定位于背表面208上或背表面208之上，使得陣列中的每一濾光片光學(xué)上耦合到對應(yīng)光敏區(qū)。光敏區(qū)402具有從前表面206測量所得的深度h，深度h小于光敏區(qū)210、214和216的深度H，且V0D604形成于襯底204中在光敏區(qū)402與背表面208之間。導(dǎo)電網(wǎng)格406形成于背表面208與CFA303之間且與背表面208通過電介質(zhì)層分離,且V0D604(例如)通過導(dǎo)通孔608電耦合到網(wǎng)格406，使得V0D604可電接地且可帶走從光敏區(qū)流入V0D604中的過量電子，而不是如圖1中所展示遷移到相鄰光敏區(qū)中。
[0037]圖像傳感器600與圖像傳感器400和500之間的主要差異在于:在圖像傳感器600中，V0D604并非單個連續(xù)區(qū)，而是包含多個不連續(xù)區(qū)。所說明的實施例展示由四個不連續(xù)區(qū)604組成的V0D，但在其它實施例中，V0D604可包含較少或較多個不連續(xù)區(qū)604。如同其它實施例，可使每一不連續(xù)區(qū)604的大小形狀和距離變化以定制過量光電子到VOD中的流動。此外，所說明的實施例展示以實質(zhì)上矩形圖案定位的VOD區(qū)604，但在其它實施例中，不連續(xù)VOD區(qū)604可以其它圖案定位。
[0038]圖7A到圖7B說明BSI圖像傳感器700的一般化實施例。圖像傳感器700在大多數(shù)方面類似于圖像傳感器300到600:光敏區(qū)702、704、706和708形成于襯底204中且例如CFA703等濾光片陣列定位于背表面208上或背表面208之上，使得CFA703中的每一濾光片光學(xué)上耦合到對應(yīng)光敏區(qū)。光敏區(qū)704具有從前表面206測量所得的深度h，深度h小于光敏區(qū)702、706和708的深度H，且V0D710形成于襯底204中在光敏區(qū)704與背表面208之間。導(dǎo)電網(wǎng)格406形成于背表面208與CFA703之間且與背表面208通過電介質(zhì)層分離,且V0D710(例如)通過導(dǎo)通孔408電耦合到網(wǎng)格406，使得V0D710可電接地且可帶走從光敏區(qū)流入V0D710中的過量電子，而不是如圖1中所展示遷移到相鄰光敏區(qū)中。
[0039]圖像傳感器700與圖像傳感器300到600之間的主要差異在于:圖像傳感器700包含一般化濾光片陣列703。在CFA217和303中，CFA包含作為其原色的紅色、綠色和藍(lán)色濾光片且所述濾光片以拜耳圖案布置，且所述濾光片耦合VOD到的襯底定位于對應(yīng)于紅色濾光片的光敏區(qū)下。但在圖像傳感器700中，濾光片陣列為更一般的。濾光片陣列703包含濾光片712到718，濾光片712到718中的每一者可為任何色彩，包含無色和可見光波長之外的“色彩”，且所有濾光片可以不同于CFA217和303中的圖案的圖案布置。濾光片712到718無需具有先前所說明的色彩，而可具有不同色彩和/或經(jīng)布置成不同的最少重復(fù)單
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[0040]此外，圖像傳感器700的實施例無需將垂直溢漏定位于光學(xué)上耦合到紅色濾光片的光敏區(qū)下，而是可改為將VOD定位于光學(xué)上耦合到濾光片714的光敏區(qū)704下，而不管濾光片714恰好為何彩色濾光片714。另外，或在先前所說明的實施例中，CFA的特定圖案導(dǎo)致所有光敏區(qū)鄰近于V0D。但在其它實施例中，取決于色彩、濾光片布置和放置VOD的特定濾光片，陣列中的每個光敏區(qū)無需在鄰近于VOD處結(jié)束。在圖8中所說明的濾光片陣列中，例如，如果VOD定位于耦合到紅色濾光片的光敏區(qū)下，那么陣列中的每個光敏區(qū)將不會在鄰近于VOD處結(jié)束。
[0041 ] 圖7B說明可用以形成濾光片陣列703的MRU的各種實施例。在一個實施例中，濾光片陣列703可為包含紅色濾光片、綠色濾光片、藍(lán)色濾光片和清晰(即，無色)濾光片的RBGC陣列。在此濾光片中，光學(xué)上耦合到紅色濾光片、綠色濾光片和藍(lán)色濾光片的像素對那些原色波長范圍中的光敏感，而光學(xué)上耦合到清晰濾光片的像素對可涵蓋紅色、綠色和藍(lán)色波長范圍的更寬波長范圍敏感。在另一實施例中，濾光片陣列703可為包含紅色濾光片、綠色濾光片和清晰濾光片的RGGC陣列。在此實施例中，可從所存在的濾光片提取不具有陣列中存在的特定濾光片的原色光。在另一實施例中，濾光片陣列703可為包含青色濾光片、黃色濾光片和洋紅色濾光片的CYYM陣列。在另一實施例中，濾光片陣列703可為僅包含清晰濾光片的單色濾光片，換句話說，黑白濾光片陣列。在其它單色實施例中，濾光片陣列703可包含紅外線(IR)濾光片或X射線(X)濾光片。當(dāng)然，其它實施例可使用不同于所展示的色彩的色彩，且可使用具有比所展示的情形多或少且以不同于所展示的方式的方式布置的像素的MRU。
[0042]圖8說明CMOS圖像傳感器800的實施例，CMOS圖像傳感器800包含彩色像素陣列805、耦合到像素陣列的讀出電路870、耦合到讀出電路的功能邏輯815，以及耦合到像素陣列的控制電路820。彩色像素陣列805為具有X個像素列和Y個像素行的個別成像傳感器或像素(例如，像素P1、P2，……，Pn)的二維(“2D”)陣列。彩色像素陣列805可實施為包含一個或一個以上VOD的背側(cè)照明像素陣列，如圖3A到圖3B、圖4A到圖4B、圖5A到圖5B和/或圖6A到圖6B中所展示。在一個實施例中，陣列中的每一像素為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(“CMOS”)成像像素。如所說明，每一像素布置成行(例如，行Rl到Ry)和列(例如，列Cl到Cx)以獲取人、地方或物體的圖像數(shù)據(jù)，可接著使用所述圖像數(shù)據(jù)來顯現(xiàn)人、地方或物體的2D圖像。
[0043]彩色像素陣列805使用耦合到像素陣列的彩色濾光片陣列(“CFA”)將色彩指配給每一像素。在所說明的實施例中，除紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)像素之外，彩色像素陣列805還包含清晰(即，無色)像素，且所述像素以具有不同于圖3A中所展示的像素陣列303的MRU的不同圖案布置。
[0044]在像素陣列805中的每一像素已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，由讀出電路870讀出圖像數(shù)據(jù)且將圖像數(shù)據(jù)傳送到功能邏輯815以用于進(jìn)行存儲、額外處理等。讀出電路870可包含放大電路、模/數(shù)(“ADC”)轉(zhuǎn)換電路或其它電路。功能邏輯815可簡單地存儲圖像數(shù)據(jù)和/或通過應(yīng)用圖像后效應(yīng)(例如，裁剪、旋轉(zhuǎn)、去除紅眼、調(diào)整亮度、調(diào)整對比度，或其它方法)來操縱圖像數(shù)據(jù)。功能邏輯815也可在一個實施例中用以處理圖像數(shù)據(jù)以校正(即，減少或去除)固定圖案噪聲。
[0045]控制電路820耦合到像素陣列805以控制彩色像素陣列805的操作特性。舉例來說，控制電路820可產(chǎn)生用于控制圖像獲取的快門信號。
[0046]本發(fā)明的所說明的實施例的上述描述(包含“發(fā)明摘要”中所描述的內(nèi)容)不意欲為詳盡的或?qū)⒈景l(fā)明限于所揭示的精確形式。雖然本文中出于說明性目的而描述了本發(fā)明的特定實施例和實例，但如所屬相關(guān)【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員將認(rèn)識到的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，各種等效修改是可能的?？筛鶕?jù)上述詳細(xì)描述對本發(fā)明做出這些修改。
[0047]所附權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語不應(yīng)被解釋為將本發(fā)明限于本說明書及權(quán)利要求書中所揭示的特定實施例。更明確地說，本發(fā)明的范圍必須完全通過所附權(quán)利要求書來確定，所附權(quán)利要求書應(yīng)根據(jù)權(quán)利要求解釋的已確定的原則來解釋。
【權(quán)利要求】
1.一種設(shè)備，其包括: 像素陣列，其包含形成于襯底中的多個像素，所述襯底具有前表面和背表面，每一像素包含形成于所述前表面處或所述前表面附近的光敏區(qū)且從所述前表面延伸到所述襯底中達(dá)選定深度； 濾光片陣列，其耦合到所述像素陣列，所述濾光片陣列包含多個個別濾光片，每一濾光片光學(xué)上耦合到對應(yīng)光敏區(qū)； 垂直溢漏(VOD)，其定位于所述襯底中在所述背表面與所述陣列中的至少一個像素的所述光敏區(qū)之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述至少一個像素具有光敏區(qū)，所述光敏區(qū)具有比所述陣列中的其它像素的所述光敏區(qū)小的選定深度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中每一個別濾光片經(jīng)設(shè)計以使第一波長范圍或第二波長范圍通過。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述陣列中的所述至少一個像素耦合到使所述第一波長通過的個別彩色濾光片。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述第一波長范圍在所述光敏區(qū)中在比所述第二波長范圍距所述襯底的所述背表面遠(yuǎn)的距離處被吸收。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述第一波長范圍至少涵蓋所述第二波長范圍。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述第一波長范圍比所述第二波長范圍長。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述第一波長范圍為紅色且所述第二波長范圍為藍(lán)色或綠色。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中每一VOD電耦合到接地。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括金屬網(wǎng)格，所述金屬網(wǎng)格形成于所述彩色濾光片陣列與所述襯底的所述背表面之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其進(jìn)一步包括導(dǎo)通孔，所述導(dǎo)通孔將每一VOD電耦合到所述金屬網(wǎng)格。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中每一VOD包括單個連續(xù)區(qū)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中每一VOD包括多個不連續(xù)區(qū)。
14.一種方法,其包括: 形成像素陣列，所述像素陣列包含襯底中的多個像素，所述襯底具有前表面和背表面，每一像素包含形成于所述前表面處或所述前表面附近的光敏區(qū)且從所述前表面延伸到所述襯底中達(dá)選定深度，其中每一像素的所述光敏區(qū)光學(xué)上耦合到個別濾光片；以及 在所述襯底中在所述背表面與所述陣列中的至少一個像素的所述光敏區(qū)之間形成垂直溢漏(VOD)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述至少一個像素具有光敏區(qū)，所述光敏區(qū)具有比所述陣列中的其它像素的所述光敏區(qū)小的選定深度。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中每一個別濾光片使第一波長范圍或第二波長范圍通過。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述陣列中的所述至少一個像素耦合到使所述第一波長范圍通過的個別濾光片。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述第一波長范圍在所述光敏區(qū)中在比所述第二波長范圍距所述襯底的所述背表面遠(yuǎn)的距離處被吸收。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中使所述第一波長范圍或所述第二波長范圍通過的所述個別濾光片為耦合到所述像素陣列的所述背表面的彩色濾光片陣列的部分。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一波長范圍至少涵蓋所述第二波長范圍。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一波長范圍比所述第二波長范圍長。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述第一波長范圍為紅色且所述第二波長范圍為藍(lán)色或綠色。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包括將每一VOD電耦合到接地。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述彩色濾光片陣列與所述襯底的所述背表面之間形成金屬網(wǎng)格。
25.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其進(jìn)一步包括將每一VOD電耦合到所述金屬網(wǎng)格。
26.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中每一VOD包括單個連續(xù)區(qū)。
27.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中每一VOD包括多個不連續(xù)區(qū)。
【文檔編號】H01L27/146GK104517978SQ201410006714
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月4日
【發(fā)明者】陳剛, 毛杜立, 戴森·H·戴 申請人:全視科技有限公司