彩色滤光器阵列及图像传感器的利记博彩app

所揭示的实施例大体上涉及图像传感器，且尤其但非排他性地涉及包含多层彩色滤光器阵列(CFA)的图像传感器。

背景技术：

图像传感器可与不可见波长滤光器耦合，使得其可在可见波长范围之外的波长下(例如在红外(IR)波长范围中)捕获图像。两种材料用于制造现有红外滤光器：基于颜料的材料及基于C的材料。基于颜料的红外滤光器通常用于像素大小小于1.4μm的图像传感器。其具有转化为较高信噪比(SNR)的高红外透射率，但其不能完全阻断比如蓝色及红色的可见波长，因此其产生较糟的颜色误差。基于C的红外滤光器通常用于像素大小大于1.4μm的图像传感器。其完全阻断比如蓝色及红色的可见波长，且因此具有较小的颜色误差，但其具有转化为较低SNR的低红外透射率。

技术实现要素：

一方面，本发明提供一种彩色滤光器阵列，其包括：多个平铺式最小重复单元，每一最小重复单元包括：不可见波长滤光器层，其包含多个滤光器，所述不可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一不可见光响应的至少三个滤光器及具有第二不可见光响应的滤光器；及可见波长滤光器层，其定位在所述不可见波长滤光器层上且具有多个滤光器，使得来自所述可见波长层的每一滤光器光学耦合到所述不可见波长层中的对应滤光器，其中所述可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一可见光响应的滤光器、具有第二可见光响应的一对滤光器，及具有第三可见光响应的滤光器；其中具有所述第二可见光响应的所述个别滤光器中的一者光学耦合到具有所述第二不可见光响应的所述一对个别滤光器中的一者，且其中具有所述第一及第三可见光响应的所述滤光器及具有所述第二可见光响应的所述一对滤光器中的另一滤光器光学耦合到具有所述第一不可见光响应的滤光器。

另一方面，本发明提供一种图像传感器，其包括：像素阵列，其包含多个个别像素； 彩色滤光器阵列，其定位在所述像素阵列上方且光学耦合到所述像素阵列，所述彩色滤光器阵列包括多个平铺式最小重复单元，每一最小重复单元包括：不可见波长滤光器层，其包含多个滤光器，所述不可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一不可见光响应的至少三个滤光器及具有第二不可见光响应的滤光器；及可见波长滤光器层，其定位在所述不可见波长滤光器层上且具有多个滤光器，使得来自所述可见波长层的每一滤光器光学耦合到所述不可见波长层中的对应滤光器，其中所述可见波长滤光器层中的所述多个滤光器包含具有第一可见光响应的滤光器、具有第二可见光响应的一对滤光器，及具有第三可见光响应的滤光器；其中具有所述第二可见光响应的所述个别滤光器中的一者光学耦合到具有所述第二不可见光响应的所述一对个别滤光器中的一者，且其中具有所述第一及第三可见光响应的所述滤光器及具有所述第二可见光响应的所述一对滤光器中的另一滤光器光学耦合到具有所述第一不可见光响应的滤光器。

附图说明

参考以下诸图描述非限制性及非详尽实施例，其中相似参考数字是指贯穿各种视图的相似部分，除非另有指定。

图1为包含彩色滤光器阵列的图像传感器的实施例的示意图。

图2A到2B分别为一对前侧照明像素的实施例及一对背侧照明像素的实施例的横截面。

图3为通过平铺多个最小重复单元(MRU)而形成的彩色滤光器阵列(CFA)的实施例的图解。

图4A到4B分别为多层滤光器的最小重复单元的实施例的平面图及横截面图。大体上沿图4A中的剖面线I-I取得图4B的横截面图。

图4C为图4B的最小重复单元的分解横截面图，其说明多层滤光器的操作的实施例。

图5A到5B分别为多层滤光器的最小重复单元的另一实施例的平面图及横截面图。大体上沿图5A中的剖面线I-I取得图5B的横截面图。

具体实施方式

描述多层彩色滤光器及包含多层彩色滤光器的图像传感器的实施例。描述特定细节以提供对所述实施例的理解，但所属领域的技术人员将认识到，能够在不具有一或多个所描述细节的情况下或在具有其它方法、组件、材料等等的情况下实践本发明。在一些情况下，未展示或详细地描述众所周知的结构、材料或操作，但这些仍涵盖于本发明的 范围内。

贯穿本说明书的对“一个实施例”或“一实施例”的参考意指所描述的特征、结构或特性可包含于一或多个所描述的实施例中，使得“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现未必皆是指同一实施例。此外，所描述的特征、结构或特性可以任何合适方式组合于一或多个实施例中。

图1说明互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器100的实施例，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器100包含：彩色像素阵列105；读出电路170，其耦合到所述像素阵列；功能逻辑115，其耦合到所述读出电路；及控制电路120，其耦合到所述像素阵列。彩色像素阵列105为具有X个像素列及Y个像素行的个别成像传感器或像素(例如，像素P1、P2...、Pn)的二维(“2D”)阵列。彩色像素阵列105可被实施为如图2A所展示的前侧照明图像传感器，或被实施为如图2B所展示的背侧照明图像传感器。如所说明，将所述阵列中的每一像素布置成行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)以获取人员、位置或对象的图像数据，其能够随后用于呈现所述人员、位置或对象的2D图像。彩色像素阵列105使用耦合到所述像素阵列的彩色滤光器阵列(CFA)将颜色指派到每一像素，如下文结合彩色滤光器阵列的所揭示的实施例进一步所论述。

在像素阵列105中的每一像素已获取其图像数据或图像电荷之后，图像数据由读出电路170读出且传送到功能逻辑115以供存储、额外处理等等。读出电路170可包含放大电路、模/数(“ADC”)转换电路或其它电路。功能逻辑115能够存储图像数据及/或通过应用后图像效果(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或以其它方式)操纵图像数据。在一个实施例中，功能逻辑115也能够用于处理图像数据以校正(即，减少或移除)固定图案噪声。控制电路120耦合到像素阵列105以控制彩色像素阵列105的操作特性。举例来说，控制电路120能够产生用于控制图像获取的快门信号。

图2A说明CMOS图像传感器中的一对前侧照明(FSI)像素200的实施例的横截面。FSI像素200的前侧为衬底202的在其上安置光敏区204及关联像素电路且在其上方形成用于重新分布信号的金属堆叠206的侧。金属堆叠206包含金属层M1及M2，其经图案化以形成光学通道，通过所述光学通道，入射在FSI像素200上的光能够到达光敏或光电二极管(“PD”)区域204。为了实施彩色图像传感器，前侧可包含多层彩色滤光器阵列201，其中将其彩色滤光器(在此特定横截面中仅说明两个个别两层滤光器203及205)中的每一者安置于微透镜210下方，微透镜210能够将入射光聚焦到PD区域204上。彩色滤光器阵列201可为用本文所论述的任何最小重复单元形成的多层彩色滤光器阵列。

图2B说明CMOS图像传感器中的一对背侧照明(BSI)像素250的实施例的横截面。如在FSI像素200中，像素250的前侧为衬底202的在其上安置光敏区域204及关联像素电路且在其上方形成用于重新分布信号的金属堆叠206的侧。背侧为衬底202的与前侧相对的侧。为了实施彩色图像传感器，背侧可包含多层彩色滤光器阵列201，其中将其个别滤光器(在此特定横截面中说明两层个别滤光器203及205)中的每一者安置于微透镜210下方。彩色滤光器阵列201可为用本文所论述的任何最小重复单元形成的多层彩色滤光器阵列。微透镜210援助将入射光聚焦到光敏区域204上。像素250的背侧照明意指金属堆叠206中的金属互连线未遮掩正被成像的对象与光敏区域204之间的路径，从而引起光敏区域204进行较大信号产生。

图3说明彩色滤光器阵列(CFA)300及经平铺以形成所述CFA的一组最小重复单元(MRU)。CFA 300包含数目大体上对应于像素阵列中的个别像素的数目的个别滤光器，所述CFA耦合或将耦合到所述像素阵列。CFA 300中的每一个别滤光器光学耦合到像素阵列中的对应个别像素且具有选自一组光谱光响应的特定光谱光响应。特定光谱光响应对电磁光谱的某些部分具有高灵敏度，但对所述光谱的其它部分具有低灵敏度。图像传感器中的像素自身未着色，但因为CFA通过在每一像素上方放置滤光器而将单独光响应指派到所述像素，所以常见的是将像素称为具有那个特定光响应的像素。因此，像素可在不具有滤光器或耦合到透明(即，无色或全色)滤光器的情况下被称为“透明像素”，在耦合到蓝色滤光器的情况下被称为“蓝色像素”，在耦合到绿色滤光器的情况下被称为“绿色像素”，在耦合到红色滤光器的情况下被称为“红色像素”，等等。

CFA 300中的个别滤光器被分组成最小重复单元(MRU)(例如，MRU 302)，且MRU 302垂直地及水平地平铺(如箭头所指示)以形成CFA 300。最小重复单元为使得无其它重复单元具有更少个别滤光器的重复单元。彩色滤光器阵列可包含若干不同重复单元，但如果在CFA 300中存在具有更少个别滤光器的另一重复单元，那么重复单元不是最小重复单元。可使用MRU平铺CFA 300的其它实施例，所述MRU与针对MRU 302所说明的情形相比包含较多或较少数目个像素(参见(例如)图4A到4B及图5A到5B)。

图4A到4B一起说明图像传感器的部分400的实施例。图4A为平面图，图4B为大体上沿图4A中的剖面线I-I取得的横截面图。图像传感器部分400包含MRU 402，其具有两个层：不可见波长层406，其形成于传感器404的前侧或背侧上；及可见波长滤光器层408，其形成于不可见波长层406的顶部上，使得不可见波长层406夹在传感器404与可见波长层408之间。当然，滤光器层406及408的相对位置在其它实施例中可不同。微透镜层410可任选地形成于可见波长滤光器层408上。传感器层404将通常 包含例如像素、支持电路等等的项目；在一个实施例中，传感器层404可包含图2A到2B所展示的层202及206，此取决于传感器层404是前侧照明传感器还是背侧照明传感器。

每一滤光器层406及408包含多个滤光器，使得不可见波长滤光器层406中的每一个别滤光器光学耦合到可见波长滤光器层408中的对应层。不可见波长滤光器层406具有两个不同不可见光响应为：SIR及IR。SIR滤光器为红外截止滤光器，其经设计以在使可见光通过的同时反射或阻断红外波长。这些滤光器通常具有蓝色色调，这是由于其有时还将一些光与较长红波长阻断。与此对比，IR滤光器大体上与SIR滤光器相反：其经设计以在抑制可见辐射的同时使红外辐射通过。在所说明的实施例中，滤光器层406具有三个SIR滤光器及一个IR滤光器，但其它实施例可具有不同数目个SIR滤光器及不同数目个IR滤光器。不可见波长滤光器层406的其它实施例可包含除了红外之外的非可见光响应，例如紫外滤光器、x射线滤光器等等。

可见波长滤光器层408具有四个滤光器，但仅具有三个不同可见光响应：红色(R)、绿色(G)及蓝色(B)。经选择用于MRU且因此用于通过平铺MRU而形成的CFA的所述一组光谱光响应通常具有至少三个不同光响应，但在一些实施例中可包含四个或四个以上。在所说明的实施例中，滤光器层408包含第一及第二绿色滤光器G1及G2、一个红色滤光器R及一个蓝色滤光器B，但其它实施例可包含不同数目个绿色滤光器、不同数目个红色滤光器及不同数目个蓝色滤光器。但在具有四个光谱光响应的可见波长滤光器层408的实施例中，所述一组光响应可为包含红色、绿色、蓝色及透明或全色(即，中性或无色)的一组可见波长光响应。在其它实施例中，可见波长滤光器层408可包含除了所列出的那些可见波长光响应之外或代替所列出的那些可见波长光响应的其它可见波长光响应。举例来说，其它实施例可包含青色(C)、品红色(M)、黄色(Y)滤光器，及透明(即，无色)滤光器。其它实施例可包含除了所展示的可见光响应之外的可见光响应。

通过将可见波长滤光器层408放置在不可见波长滤光器层406的顶部上来组装两层MRU 402，使得滤光器层408中的每一滤光器光学耦合到滤光器层406中的对应滤光器。在所说明的实施例中，绿色滤光器G1光学耦合到SIR滤光器，红色滤光器R光学耦合到SIR滤光器，第二绿色滤光器G2光学耦合到IR滤光器，且蓝色滤光器B光学耦合到SIR滤光器。在其它实施例中，可见波长滤光器与不可见波长滤光器之间的对应性可与所展示的对应性不同。

图4C说明两层MRU 402的操作的实施例。在MRU 402的操作中，光通过微透镜410(如果存在)入射在第二层408上。所述入射光包含红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)及红 外(IR)分量。在可见波长滤光器层408中，第一绿色滤光器G1允许入射光的绿色及IR分量通过，红色滤光器R允许红色及红外分量通多，第二绿色滤光器G2允许绿色及红外分量通过，且蓝色滤光器B允许蓝色及红外分量通过。

经允许通过可见波长滤光器层408的入射光的分量接着入射在不可见波长滤光器层406上。在不可见波长滤光器层406中，耦合到第一绿色滤光器G1的SIR滤光器阻断IR分量，从而仅允许绿色分量通过；耦合到红色滤光器R的SIR滤光器阻断IR分量，从而仅允许红色分量通过；耦合到第二绿色滤光器G2的IR滤光器阻断绿色分量，从而仅允许IR分量通过；且耦合到蓝色滤光器B的SIR滤光器阻断IR分量，从而仅允许蓝色分量通过。由于通过可见波长滤光器层408及不可见波长滤光器层406两者的滤光，入射在图像传感器404的前侧或背侧上的光包含所述入射光的所有四种分量(R、G、B及IR)，其中每一经滤光的分量入射在图像传感器404内的像素阵列中的个别像素上。

图5A到5B一起说明图像传感器的部分500的实施例。图5A为平面图，图5B为大体上沿图5A中的剖面线I-I取得的横截面图。图像传感器部分500在大多数方面类似于图像传感器部分400：图像传感器部分500包含MRU 502，MRU 502具有形成于传感器404的前侧或背侧上的不可见波长层406，以及形成于不可见波长层406的顶部上的可见波长滤光器层504。微透镜层410可任选地形成于可见波长滤光器层504上。

如在MRU 402中，不可见波长滤光器层406具有两个不同不可见光响应：SIR及IR。MRU 502与MRU 402之间的主要差异在于：在MRU 502中，可见波长滤光器层504使用不同组的可见光响应：代替使用红色、绿色、蓝色(RGB)原色组，滤光器层504使用品红色、黄色及青色(CMY)原色组。接着，在MRU 502中，可见波长滤光器层504包含第一及第二黄色滤光器Y1及Y2、一个品红色滤光器M及一个青色滤光器C。

通过将可见波长滤光器层504放置在不可见波长滤光器层406的顶部上来组装两层MRU 502，使得滤光器层504中的每一滤光器光学耦合到滤光器层406中的对应滤光器。在所说明的实施例中，黄色滤光器Y1光学耦合到SIR滤光器，品红色滤光器M光学耦合到SIR滤光器，第二黄色滤光器Y2光学耦合到IR滤光器，且青色滤光器C光学耦合到SIR滤光器。在其它实施例中，可见波长滤光器与不可见波长滤光器之间的对应性可与所展示的对应性不同。更一般来说，在不同实施例中，IR滤光器可耦合到其颜色表示亮度或亮度代理的彩色滤光器，而SIR滤光器可耦合到其颜色用于表示色度、亮度或两者的彩色滤光器。两层MRU 502类似于MRU 402而操作，如图4C所展示。

实施例的以上描述(包含摘要中所描述的内容)不预期为详尽的或将本发明限于所描述的形式。所属领域的技术人员将认识到，出于说明性目的而描述本发明的特定实施例 及用于本发明的实例，但依据上文详细描述，可能在本发明的范围内进行各种等效修改。

所附权利要求书中所使用的术语不应被解释为将本发明限于本说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。而是，本发明的范围应全部由所附权利要求书确定，应使用既定主张解释原则来解释所附权利要求书。