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TWI850521B - 耀斑阻止影像感測器 - Google Patents

耀斑阻止影像感測器 Download PDF

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TWI850521B
TWI850521B TW110102355A TW110102355A TWI850521B TW I850521 B TWI850521 B TW I850521B TW 110102355 A TW110102355 A TW 110102355A TW 110102355 A TW110102355 A TW 110102355A TW I850521 B TWI850521 B TW I850521B
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阿里雷薩 博納達
信智 連
巴德里納斯 帕德瑪納班
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美商豪威科技股份有限公司
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Abstract

耀斑阻止影像感測器包括大像素和小像素、微透鏡和不透明元件。大像素和小像素分別形成第一像素陣列和第二像素陣列，每個像素陣列具有像素間距P x 和P y 。第二像素陣列從第一像素陣列偏移½ P x 和½ P y 。大像素的第一大像素在第一小像素和第二小像素之間，並且與第一小像素和第二小像素共線。第一小像素和第二小像素在第一方向上間隔
Figure 110102355-A0305-02-0001-1
，並且各自具有小於像素間距P x 和P y 兩者的小像素寬度W。微透鏡與第一個大像素對準。不透明元件在第一大像素和微透鏡之間，並且在第一方向上從第一小像素朝向第二小像素延伸小於
Figure 110102355-A0305-02-0001-2
W)。不透明元件在垂直於第一方向上的寬度不超過寬度W。

Description

耀斑阻止影像感測器
本發明涉及成像技術領域，尤其涉及一種耀斑阻止影像感測器。
商業產品(諸如獨立數位相機、移動設備、汽車元件和醫療設備)中的相機模組包括具有像素陣列的影像感測器。像素陣列包括以像素間距佈置為二維週期性陣列的複數個像素，像素間距在入射到像素陣列上的光的波長的兩倍至三倍之間。許多影像感測器包括由複數個微透鏡形成的微透鏡陣列，每個微透鏡對準於各自的像素，其在像素陣列上方具有二維週期性表面高度。影像感測器的像素陣列和其上的微透鏡陣列的週期性導致影像感測器類似於反射式二維衍射光柵。入射在影像感測器上的光的一部分被朝向相機的成像透鏡衍射。相機的不同元件(例如蓋玻片、IR截止濾光片、成像透鏡的表面)將這種衍射光反射回影像感測器，從而產生已知為瓣狀耀斑(petal flare)的影像偽像。
本文公開的實施例減少了瓣狀耀斑。在第一方面中，耀斑阻止影像感測器包括在半導體基板中的複數個大像素和在半導體基板中的複數個小像素。複數個大像素形成第一像素陣列，第一像素陣列在分別平行於半導體基板的 頂部表面的各個正交方向x和y上具有像素間距P x 和P y 。複數個大像素包括第一大像素。複數個小像素形成第二像素陣列，第二像素陣列在各個方向x和y上具有像素間距P x 和P y ，並且在各個方向x和y上從第一像素陣列偏移½ P x 和½ P y 。第一大像素在複數個小像素中的第一小像素和第二小像素之間並且與第一小像素和第二小像素共線。第一小像素和第二小像素在第一方向上具有等於
Figure 110102355-A0305-02-0005-5
的中心到中心間隔，並且分別在第一方向上具有小於像素間距P x 和P y 兩者的小像素寬度W。耀斑阻止影像感測器還包括大微透鏡和第一不透明元件。大微透鏡與第一大像素對準。第一不透明元件在平行於頂表面的平面中並且在第一大像素和大微透鏡之間。第一不透明元件在第一方向上、從第一小像素和第一大像素之間的邊界且朝向第二小像素延伸小於
Figure 110102355-A0305-02-0005-6
的距離d 1。在垂直於第一方向的第二方向上，第一不透明元件延伸小於或等於小像素寬度W的第一寬度。
3:橫截平面
5,5':橫截平面
7,7':橫截平面
100:影像感測器
154:像素陣列
190:相機
200:影像感測器
205:中間層
210:基板
212:小像素
212(1):第一小像素
212(2):第二小像素
212A:像素陣列
212(3),212(4):小像素
213:邊界
214:大像素
214(1):大像素
214A:像素陣列
215:中點
216:深溝槽隔離層
219:基板表面
240:不透明元件
242:延伸長度
244:寬度
246:厚度
259:橫截平面
260:微透鏡
262:光軸
263:高度
298D:方向
298D':方向
400:影像感測器
440:不透明延伸
440(1):不透明延伸
440(2):不透明延伸
440(3):不透明延伸
440(4):不透明延伸
442(2):長度
442(3):長度
442(4):長度
444:寬度
444(3):寬度
444(4):寬度
452:不透明環
452(1):不透明環
452(2):不透明環
452(3):不透明環
452(4):不透明環
453:寬度
454:光譜濾光片
454(1):光譜濾光片
454(2):光譜濾光片
454(3):光譜濾光片
454(4):光譜濾光片
454A:濾光片陣列
459:平面
600:影像感測器
640:不透明延伸
644:寬度
652:不透明環
659:橫截平面
[圖1]描繪在實施例中的對場景進行成像的相機。
[圖2]和[圖3]是在實施例中作為圖1的相機的影像感測器的示例的耀斑阻止影像感測器的相應橫截面示意圖。
[圖4]和[圖5]是作為圖2和圖3的耀斑阻止影像感測器的示例的耀斑阻止影像感測器的相應橫截面示意圖。
[圖6]和[圖7]是作為圖4和圖5的耀斑阻止影像感測器的示例的耀 斑阻止影像感測器的相應橫截面示意圖。
圖1示出包括像素陣列154的影像感測器100。在圖1中描繪的場景中，影像感測器100被合併到對場景成像的相機190中。相機190包括影像感測器100，影像感測器100包括像素陣列154。影像感測器100可以是晶片級封裝或板上晶片(chip-on-board,COB)封裝的一部分。
圖2是作為影像感測器100的示例的耀斑阻止影像感測器200的橫截面示意圖。圖2所示的橫截面平行於由正交方向298X和298Y形成的平面(後文稱為x-y平面)，正交方向298X和298Y各自正交於方向298Z。在本文中，x-y平面由正交方向298X和298Y形成，並且平行於x-y平面的平面稱為橫向平面。除非另有說明，否則本文中的物件高度是指物件在方向298Z或與之相反180°的方向上的長度。圖2指示方向298D，方向298D與方向298Z形成第一對角面(後文稱為d-z平面)。圖2還指示方向298D'，方向298D'與方向298Z形成第二對角面(後文稱為d'-z平面)。
圖3是耀斑阻止影像感測器200的橫截面示意圖。圖2指示作為圖3的橫截平面的橫截平面3。橫截平面3平行於d-z平面。圖3指示作為圖2的橫截平面的橫截平面259。為了清楚起見，圖2示出橫截平面259下方的半導體基板210的元件；這些元件用虛線示出。在以下描述中，最好一起查看圖2和圖3。
影像感測器200包括半導體基板210、形成在其中的複數個小像素212和複數個大像素214、微透鏡260和不透明元件240。不透明元件240的技術優勢是防止上述由影像感測器200衍射的雜散光引起的瓣狀耀斑。
在實施例中，影像感測器200包括在微透鏡260和半導體基板210之間的中間層205。中間層205可以包括光譜濾光片和緩衝氧化物層中的至少一個。
半導體基板210具有垂直於方向298Z的頂部基板表面219。複數個大像素214形成在各個正交方向x和y上具有像素間距P x 和P y 的像素陣列214A。複數個大像素214包括大像素214(1)。
複數個小像素212形成在各個方向x和y上具有像素間距P x 和P y 的像素陣列212A。像素陣列212A在各個方向x和y上從像素陣列214A偏移½ P x 和½ P y 。複數個小像素212包括第一小像素212(1)和第二小像素212(2)，它們在方向298D上具有等於
Figure 110102355-A0305-02-0007-7
的中心到中心間隔。小像素212(1)和212(2)中的每個在方向298D上具有小於像素間距P x 和P y 兩者的小像素寬度W。複數個小像素212中的每個在方向298D和方向298D'中的一個或兩個上具有等於小像素寬度W的寬度。大像素214(1)在小像素212(1)和212(2)之間並且與小像素212(1)和212(2)共線。在實施例中，像素間距P x 和P y 中的每個超過小像素寬度W至少兩倍。在實施例中，微透鏡260在小像素212(1)和212(2)之間中心對準。
複數個小像素212包括小像素212(3)和212(4)，它們具有中心到中心間隔
Figure 110102355-A0305-02-0008-8
。在實施例中，大像素214(1)在小像素212(3)和212(4)之間，並且與小像素212(3)和212(4)共線，使得小像素212(1-4)位於與大像素214(1)中心對準的P x ×P y 矩形的各個角處。
橫截平面3將小像素212(1,2)二等分並且相交大像素214(1)的中心。當P y =P x 時，方向298D和298D'是垂直的。
圖2和圖3指示半導體基板210的相鄰像素之間的邊界213。在實施例中，影像感測器200在相鄰像素之間包括深溝槽隔離層216，使得邊界213的至少一部分對應於深溝槽隔離層216和半導體基板210之間的材料介面。在實施例中，深溝槽隔離層216包括氧化物。
微透鏡260與大像素214(1)對準並且具有可以垂直於頂部基板表面219的光軸262。影像感測器200可以包括形成微透鏡陣列的複數個微透鏡260。在實施例中，當微透鏡260的任何部分在大像素214(1)的正上方時，微透鏡260可被認為與大像素214(1)對準。在實施例中，光軸262在兩個方向298X和298Y上與大像素214(1)的中心對準，並且所有微透鏡260在大像素214(1)的正上方。在實施例中，微透鏡260的至少部分在大像素214(1)的正上方，而光軸262在至少一個方向298X和298Y上從大像素214(1)的中心偏移。在這樣的實施例中，微透鏡260可被認為與大像素214(1)對準。在實施例中，微透鏡陣列的複 數個微透鏡260的至少部分在大像素214(1)的上方。在這些微透鏡260中，最接近像素陣列214A的中心(在x-y平面中)的微透鏡260可被認為對準於大像素214(1)的微透鏡。
不透明元件240在平行於頂部基板表面219的橫截平面259中並且在大像素214(1)和微透鏡260之間。不透明元件240在方向298D上從邊界213、朝向第二小像素212(2)延伸長度242。長度242小於
Figure 110102355-A0305-02-0009-9
，使得不透明元件240不延伸到小像素212(1)和212(2)之間的中點215。在實施例中，長度
Figure 110102355-A0305-02-0009-10
，使得不透明元件240不遮擋由微透鏡260聚焦到光斑大小d spot的光。
在實施例中，不透明元件240由金屬形成。例如，不透明元件240可以由在可見波長下具有吸收性的鎢形成，並且因此通過吸收入射在其上的衍射光，減少瓣狀耀斑偽像。不透明元件240可以由諸如有機材料的有損電介質形成，有損電介質具有複折射率N=n 240+iκ，其中n 240
Figure 110102355-A0305-02-0009-32
n 205，以在入射介質具有折射率n 205時最小化不透明元件240的反射率。折射率n 205是微透鏡260和頂部基板表面219之間的介質(例如中間層205)的折射率。例如，n 240=n 205±0.15，和/或n 240在1.35和1.65之間。
在實施例中，d spot是等於c 1 λ/NA的衍射受限光斑大小，其中
Figure 110102355-A0305-02-0009-11
是微透鏡260的數值孔徑，f是微透鏡260的焦距，以及λ是微透鏡260和頂部基板表面219之間的介質中的照明波長。在實施例中，λ=λ 0/n 205， 其中λ 0是自由空間電磁波長。在實施例中，中間層205包括在微透鏡260下方的光譜濾光片，其具有由最小波長λ min和最大波長λ max限定的通帶，並且L 1可以等於
Figure 110102355-A0305-02-0010-12
。自由空間電磁波長λ 0可以在0.4μm-1.6μm之間。折射率n 205可以在1.4和1.6之間。係數c 1的值取決於微透鏡260的出射光瞳的形狀，例如，當形狀分別為矩形和圓形時，c 1=1.0和c 1=1.22。當P x =P y 時，
Figure 110102355-A0305-02-0010-13
2f。
不透明元件240在方向298Z上具有厚度246。厚度246可以小於厚度206，在這種情況下，入射在表面219上的一些衍射光在表面219和不透明元件240的底表面之間引起多次反射。在實施例中，厚度206以小於λ/2的尺度超過厚度246，其中λ=λ 0/n 205 ，並且λ 0可以等於λ max 。這種光的振幅呈指數衰減。為了確保此光不會到達小像素212，長度242超過λ/2，使得其被不透明元件240吸收。
焦距的幾何光學近似為f=n 205 R/(n 260-1)，其中R是微透鏡260的曲率半徑，n 260是微透鏡260的折射率。微透鏡260具有直徑264和高度263。在實施例中，
Figure 110102355-A0305-02-0010-14
，其中半徑r是透鏡直徑264的一半以及h L 等於高度263，如在Ph.Nussbaum等在1997年的“Pure Appl.Opt. 6 617”中所述。在實施例中，|n 260-n 205|<0.1。
在實施例中，從小像素212(1)的邊界213的長度242取決於大像素214(1)在像素陣列214A中的位置。例如，長度242可以取決於由相機190的成像透鏡透射的入射在大像素214(1)上的光的主光線角。長度242還可以取決於 不透明元件240與大像素214(1)的中心相對於像素陣列214A的中心的相對位置。例如，第一不透明元件240可以在像素陣列214A的中心與大像素214(1)的中心之間，而像素陣列214A的中心在第二不透明元件240與大像素214(1)的中心之間。
在方向298Z上，不透明元件240具有厚度246，厚度246在實施例中超過不透明元件240在自由空間電磁波長λ 0處的強度穿透深度δ，δ=λ 0/(πκ)，其中κ是不透明元件240在波長λ 0處的折射率的虛部。在實施例中，厚度246在75和125奈米之間。
不透明元件240通過遮擋衍射照明減少瓣狀耀斑。然而，不透明元件240也遮擋了從相機190的成像透鏡直接傳播到大像素214(1)的影像照明。不透明元件240在垂直於長度242的方向上具有寬度244。在實施例中，不透明元件240的寬度244小於或等於小像素寬度W，使得不透明元件240遮擋衍射光(導致瓣狀耀斑)，同時減少它遮擋的非雜散光的量。在實施例中，寬度244超過強度穿透深度δ並且小於小像素寬度W。寬度244可以在80奈米和120奈米之間。在實施例中，小像素寬度W超過寬度644八至十二倍。
小於小像素寬度W的寬度244是由於認識到導致瓣狀耀斑的衍射級在與微透鏡260的光軸和小像素212的中心相交的對角平面(平行於d-z和d'-z中的一個的平面)中最強而引起。在這樣的平面中，微透鏡(通常)被確定形狀，使得反射/衍射的光保持在該平面中，因為微透鏡在垂直平面中具有零或接 近零的斜率。在與小像素212相交(但不與小像素的中心相交)的偏心對角平面中，微透鏡260在偏心對角平面和與其垂直的平面中具有非零的斜率，使得光從偏心對角平面被反射/衍射出來，並且不太可能到達由偏心對角平面相交的小像素。
圖4和圖5是作為影像感測器200的示例的耀斑阻止影像感測器400的相應橫截面示意圖，其中小像素212(1)包括不透明環452(1)。圖4指示橫截平面5和5'，其中至少一個是圖5的橫截平面。圖5指示作為圖4的橫截平面的橫截平面459。在以下描述中，最好一起查看圖4和圖5。
在實施例中，不透明環452(1)與微透鏡中心對準，微透鏡與小像素212(1)對準。不透明環452(1)包括與不透明環452整體形成的不透明延伸440(1)。不透明延伸440(1)是不透明元件240的示例。不透明環452(1)具有寬度453，在實施例中寬度453在100奈米和120奈米之間。
在實施例中，影像感測器400包括與平面459相交、對準於小像素212(1)並且被不透明環452(1)圍繞的光譜濾光片454(1)。在實施例中，不透明環452鄰接光譜濾光片454(1)。在實施例中，例如當小像素212(1)在影像感測器200的邊緣附近並且入射在其上的光具有相對較大的主光線角(例如超過十五度)時，光譜濾光片454(1)和小像素212(1)的各自中心橫向偏移。
在實施例中，影像感測器400包括光譜濾光片陣列454A，光譜濾 光片陣列454A包括光譜濾光片454的陣列，光譜濾光片454(1)是其中一個。每個光譜濾光片454與平面459相交並且對準於相應小像素212。光譜濾光片454(2)對準於小像素212(2)。影像感測器400還包括複數個不透明環452。不透明環452(1)是不透明環452中的一個。圖4指示圍繞光譜濾光片454(2)的不透明環452(2)。當影像感測器400包括光譜濾光片陣列454A時，每個不透明環452圍繞相應小光譜濾光片454。每個光譜濾光片454可以是吸收性濾光片、二向色性濾光片(dichroic filter)、電漿子濾光片(plasmonic filter)或其組合。
當影像感測器400包括中間層205時，中間層205可以在深溝槽隔離結構216和不透明環452之間包括緩衝氧化物層。瓣狀耀斑的一種來源是傳播通過不透明環452和深溝隔離結構216之間的緩衝氧化物層的衍射光。
在實施例中，影像感測器400還包括複數個不透明延伸440，每個不透明延伸440可以與不透明環452中的相應一個整體形成，並且從不透明環452中的相應一個在方向298D和方向298D'中的一個上延伸。每個不透明延伸440是不透明延伸440(1)的示例，並且類似於不透明延伸440(1)。不透明延伸440的一種功能是通過來自不透明環452和深溝槽隔離結構216之間的傳播的衍射光減少瓣狀耀。
圖4指示不透明延伸440(2)，不透明延伸440(2)與平面459相交，並且與第一方向相反地從(i)小像素212(2)和大像素214(1)之間的邊界朝向(ii)小像素212(1)延伸小於L 1的長度442(2)，並且在方向298D'上具有 小於或等於小像素寬度W的寬度444。在實施例中，寬度444等於寬度453。
當耀斑阻止影像感測器400包括不透明環452(2)時，不透明延伸440(2)可以與不透明環452(2)整體形成。在本文中，邊界213是大像素214(1)與相鄰的小像素212之間的邊界的示例。
在實施例中，耀斑阻止影像感測器400包括分別與平面459相交的不透明延伸440(3)和440(4)。在方向298D'上，不透明延伸440(3)從(i)小像素212(3)和大光電二極體像素214(1)之間的邊界朝向(ii)小像素212(4)延伸小於L 1的長度442(3)。在方向298D上，不透明延伸440(3)具有小於或等於小像素寬度W的寬度444(3)。在方向298D'上，不透明延伸440(4)從(i)小像素212(4)和大光電二極體像素214(1)之間的邊界朝向(ii)小像素212(3)延伸小於L 1 的長度442(4)。在方向298D上，不透明延伸440(4)具有小於或等於小像素寬度W的寬度444(4)。在實施例中，不透明延伸440中的一個不與不透明延伸440中的不同一個接觸。
在實施例中，不透明環452包括與小像素212(3)和212(4)對準的不透明環452(3)和452(4)。當耀斑阻止影像感測器400包括不透明環452(3)和452(4)以及不透明延伸440(3)和440(4)時，不透明延伸440(3)和440(4)與相應不透明環452(3)和452(4)整體形成。當耀斑阻止影像感測器400包括光譜濾光片陣列454A時，光譜濾光片454(3)和454(4)與小像素212(3)和212(4)對準，並且分別被不透明環452(3)和452(4)圍繞。當耀斑阻止影 像感測器400包括不透明延伸440(3)和440(4)、不透明環452(3)和452(4)以及光譜濾光片454(3)和454(4)時，圖5表示耀斑阻止影像感測器400在橫截平面5'中的橫截面，其中索引(3)和(4)分別代替索引(1)和(2)。橫截平面5'平行於d'-z平面。
圖6和圖7是耀斑阻止影像感測器600的相應橫截面示意圖。耀斑阻止影像感測器600是耀斑阻止影像感測器400的示例，其中對於複數個小像素212，相應不透明環652與之對準。圖6指示橫截平面7和7'，其中的每個是圖7的橫截平面。圖7指示作為圖6的橫截平面的橫截平面659。在以下描述中，最好一起查看圖6和圖7。
不透明環652是不透明環452的示例，不透明環652包括四個不透明延伸640，其中的至少一個可以與不透明環652整體形成。每個不透明延伸640是不透明延伸440的示例。每個不透明環652包括(a)沿著方向298D遠離不透明環652的中心延伸的兩個不透明延伸640，以及(b)沿著方向298D'遠離不透明環652的中心延伸的兩個不透明延伸640。
特徵的組合
以上描述的特徵以及以下要求保護的特徵可以以各種方式組合而不脫離本發明的範圍。以下列舉的示例說明了一些可能的非限制性組合。
(A1)耀斑阻止影像感測器包括在半導體基板中的複數個大像素 和在半導體基板中的複數個小像素。複數個大像素形成第一像素陣列，第一像素陣列在分別平行於半導體基板的頂表面的各個正交方向x和y上具有像素間距P x 和P y 。複數個大像素包括第一大像素。複數個小像素形成第二像素陣列，第二像素陣列在各個方向x和y上具有像素間距P x 和P y ，並且在各個方向x和y上從第一像素陣列偏移½ P x 和½ P y 。第一大像素在複數個小像素中的第一小像素和第二小像素之間，並且與第一小像素和第二小像素共線。第一小像素和第二小像素在第一方向上具有等於
Figure 110102355-A0305-02-0016-15
的中心到中心間隔。第一小像素和第二小像素分別在第一方向上具有小於像素間距P x 和P y 兩者的小像素寬度W。耀斑阻止影像感測器還包括大微透鏡和第一不透明元件。大微透鏡與第一大像素對準。第一不透明元件在平行於頂表面的平面中且在第一大像素和大微透鏡之間。第一不透明元件在第一方向上從第一小像素和第一大像素之間的邊界朝向第二小像素延伸小於
Figure 110102355-A0305-02-0016-16
的距離d 1。在垂直於第一方向的第二方向上，第一不透明元件延伸小於或等於小像素寬度W的第一寬度。
(A2)在影像感測器(A1)中，第一寬度可以小於或等於小像素寬度W的三分之一。
(A3)在根據(A1)和(A2)中的一個的影像感測器中，第一不透明元件在垂直於頂表面的方向上的厚度可以在75和125奈米之間。
(A4)在根據(A1)-(A3)中的一個的影像感測器中，第一不透明元件可以由金屬形成。
(A5)根據(A1)-(A4)中的一個的任何影像感測器還可以包括不透明環，不透明環與微透鏡中心對準，微透鏡與第一小像素對準，第一不透明元件是不透明環的延伸，並且與不透明環整體形成。
(A6)任何影像感測器(A5)還可以包括與平面相交、並且對準於第一小像素並且被不透明環圍繞的光譜濾光片。
(A7)根據(A5)和(A6)中的一個的任何影像感測器還可以包括(i)光譜濾光片陣列，光譜濾光片陣列與平面相交並且包括複數個光譜濾光片，每個光譜濾光片對準於複數個小像素中的相應小像素；以及(ii)複數個不透明環，每個不透明環圍繞複數個光譜濾光片中的相應光譜濾光片，複數個不透明環中的每個不透明環是不透明環的實例。
(A8)任何影像感測器(A7)還可以包括複數個不透明元件，每個不透明元件與複數個不透明環中的相應一個整體形成，並且在第一方向和第二方向中的一個上延伸自複數個不透明環中的相應一個。
(A9)根據(A1)-(A8)中的一個的任何影像感測器還可以包括在平面中的第二不透明元件，第二不透明元件與第一方向相反地從(i)第二小像素和第一大像素之間的邊界朝向(ii)第一小像素延伸小於
Figure 110102355-A0305-02-0017-17
的距離d 2，並且在第二方向上具有小於或等於小像素寬度W的第二寬度。
(A10)在任何影像感測器(A9)中，第一大像素在複數個小像素中的第三小像素和第四小像素之間並且與第三小像素和第四小像素共線，第三小像素和第四小像素具有中心到中心間距
Figure 110102355-A0305-02-0018-18
，第一小像素、第二小像素、第三小像素和第四小像素位於與第一大像素中心對準的P x ×P y 矩形的各個角處。任何這樣的影像感測器(A9)還可以包括：(i)在平面中的第三不透明元件，第三不透明元件在平面沿著第三方向a上從第三小像素和大光電二極體像素之間的邊界朝向第四小像素延伸小於
Figure 110102355-A0305-02-0018-19
的距離d 3，並且在垂直於第三方向的第四方向上具有小於或等於小像素寬度W的第三寬度；以及(ii)在平面中的第四不透明元件，第四不透明元件與第三方向相反地從第四小像素和大光電二極體像素之間的邊界朝向第三小像素延伸小於
Figure 110102355-A0305-02-0018-20
的距離d 4，並且在第四方向上具有小於或等於小像素寬度W的第四寬度。
(A11)在影像感測器(A10)的實施例中，第一不透明元件、第二不透明元件、第三不透明元件和第四不透明元件中的一個不與第一不透明元件、第二不透明元件、第三不透明元件和第四不透明元件中的另一個接觸。
(A12)在根據(A1)-(A11)中的一個的任何影像感測器中，像素間距P x 和P y 中的每個可以超過第一小像素的像素寬度。
(A13)根據(A1)-(A12)中的一個的任何影像感測器當大微透鏡具有數值孔徑NA時還可以包括，位於大微透鏡和第一大像素之間並具有由 最小波長λ min 和最大波長λ max 限定的通帶的光譜濾光片，距離d 1小於
Figure 110102355-A0305-02-0019-21
。
(A14)在任何影像感測器(A13)中，距離d 1可以超過
Figure 110102355-A0305-02-0019-22
。
(A15)在任何影像感測器(A13)中，距離d 1可以超過λ max/(2n)，其中n是第一不透明元件與頂表面之間的介質的折射率。
(A16)在任何影像感測器(A1)-(A15)中，大微透鏡的至少部分在第一大像素的正上方。
在不脫離本實施例的範圍的情況下，可以對以上方法和系統進行改變。因此應注意，以上描述中包含的或附圖中所示的內容應解釋為說明性的而非限制性的。在本文中，除非另外指出，否則短語“在實施例中”等同於短語“在某些實施例中”，並且並不表示所有實施例。所附權利要求書旨在覆蓋本文描述的所有一般和特定特徵，以及本方法和系統的範圍的所有陳述，就語言而言，可以認為其介於兩者之間。
200:影像感測器
205:中間層
206:厚度
210:半導體基板
212(1),212(2):小像素
213:邊界
214(1):大像素
216:深溝槽隔離層
219:基板表面
240:不透明元件
242:延伸長度
246:厚度
259:橫截平面
260:微透鏡
262:光軸
263:高度
264:直徑
298Z:方向
298D:方向

Claims (8)

  1. 一種耀斑阻止影像感測器，包括：像素陣列，上述像素陣列包括：複數個大像素，形成一像素陣列，在正交方向x和y上具有像素間距P x 和P y ；複數個小像素，每個該小像素位於該複數個大像素中的四個相鄰大像素的相應組之間，並且具有小像素寬度；以及複數個不透明元件，每個該不透明元件包括：環，與該複數個小像素中的相應小像素對準，以及突起，(i)從該環的中心延伸朝向該複數個小像素額外的小像素中心，相應的該小像素和該額外小像素具有等於
    Figure 110102355-A0305-02-0023-24
    的中心到中心間隔，並且(ii)具有小於該相應的該小像素的該小像素寬度的第一寬度。
  2. 根據請求項1所述的耀斑阻止影像感測器，還包括：複數個微透鏡，在上述像素陣列的頂表面上方的平面中形成微透鏡陣列，該複數個微透鏡中的每一個與該複數個大像素中相應的一個對準；該複數個不透明元件中的每一個在該微透鏡陣列和該頂表面之間。
  3. 根據請求項1所述的耀斑阻止影像感測器，其中上述四個相鄰大像素的每個相應組是以二乘二的陣列佈置。
  4. 根據請求項1所述的耀斑阻止影像感測器，其中上述第一寬度小 於或等於上述小像素寬度的三分之一。
  5. 根據請求項1所述的耀斑阻止影像感測器，其中上述突起在垂直於該像素陣列的該頂表面的方向上的厚度在75和125奈米之間。
  6. 根據請求項1所述的耀斑阻止影像感測器，其中上述複數個不透明元件中的每個由金屬形成。
  7. 根據請求項2所述的耀斑阻止影像感測器，還包括：一光譜濾光片陣列，與上述微透鏡陣列和上述頂表面之間的平面相交並且包括複數個光譜濾光片，每個該光譜濾光片對準於上述複數個小像素中的相應小像素；其中上述複數個不透明元件的每個環圍繞該複數個光譜濾光片中的相應光譜濾光片。
  8. 根據請求項1所述的耀斑阻止影像感測器，其中上述小像素寬度小於由上述複數個大像素形成的像素陣列的像素間距。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11469264B2 (en) * 2020-01-30 2022-10-11 Omnivision Technologies, Inc. Flare-blocking image sensor
US11393861B2 (en) * 2020-01-30 2022-07-19 Omnivision Technologies, Inc. Flare-suppressing image sensor
US11984463B2 (en) * 2021-09-01 2024-05-14 Omnivision Technologies, Inc. Flare-reducing image sensor

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201811019A (zh) * 2016-08-04 2018-03-16 美商豪威科技股份有限公司 線性對數影像感測器
US9954020B1 (en) * 2016-12-30 2018-04-24 Omnivision Technologies, Inc. High-dynamic-range color image sensors and associated methods
TW202037150A (zh) * 2018-12-11 2020-10-01 日商索尼半導體解決方案公司 固態攝像裝置及電子機器

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7742088B2 (en) * 2002-11-19 2010-06-22 Fujifilm Corporation Image sensor and digital camera
US7973380B2 (en) 2005-11-23 2011-07-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for providing metal extension in backside illuminated sensor for wafer level testing
KR100818724B1 (ko) * 2006-07-19 2008-04-01 삼성전자주식회사 Ｃｍｏｓ 이미지 센서와 이를 이용한 이미지 센싱 방법
US8716594B2 (en) 2006-09-26 2014-05-06 Banpil Photonics, Inc. High efficiency photovoltaic cells with self concentrating effect
JP5147226B2 (ja) 2006-12-15 2013-02-20 株式会社日立製作所 固体撮像素子、光検出器及びこれを用いた認証装置
JP2011258728A (ja) * 2010-06-08 2011-12-22 Sharp Corp 固体撮像素子および電子情報機器
JP5640630B2 (ja) * 2010-10-12 2014-12-17 ソニー株式会社 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び電子機器
JP5810551B2 (ja) * 2011-02-25 2015-11-11 ソニー株式会社 固体撮像装置、および、その製造方法、電子機器
US9030550B2 (en) 2011-03-25 2015-05-12 Adobe Systems Incorporated Thin plenoptic cameras using solid immersion lenses
US8866951B2 (en) 2011-08-24 2014-10-21 Aptina Imaging Corporation Super-resolution imaging systems
US9373732B2 (en) 2012-02-07 2016-06-21 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with reflective optical cavity pixels
JP6168331B2 (ja) * 2012-05-23 2017-07-26 ソニー株式会社 撮像素子、および撮像装置
US8530266B1 (en) 2012-07-18 2013-09-10 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor having metal grid with a triangular cross-section
CN111430385B (zh) * 2013-03-29 2024-04-23 索尼公司 摄像元件和摄像装置
JP6130221B2 (ja) * 2013-05-24 2017-05-17 ソニー株式会社 固体撮像装置、および電子機器
JP2015012043A (ja) * 2013-06-26 2015-01-19 株式会社東芝 撮像装置およびその製造方法
CN103399368B (zh) 2013-08-15 2015-06-17 东南大学 一种微透镜、微透镜阵列结构及其制作工艺
CN203365711U (zh) 2013-08-15 2013-12-25 东南大学 一种微透镜和微透镜阵列结构
US20150097213A1 (en) * 2013-10-04 2015-04-09 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor and pixels including vertical overflow drain
US9209339B2 (en) * 2013-12-06 2015-12-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Mechanisms for forming backside illuminated image sensor structure
US10680022B2 (en) * 2013-12-12 2020-06-09 Sony Corporation Solid state imaging device, manufacturing method of the same, and electronic equipment
US9373655B2 (en) * 2014-01-21 2016-06-21 Sony Corporation Imaging device and electronic apparatus
JP2015153975A (ja) * 2014-02-18 2015-08-24 ソニー株式会社 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法および電子機器
KR102374109B1 (ko) 2014-08-01 2022-03-14 삼성전자주식회사 크로스토크 특성을 개선하는 이미지 센서 및 그의 제조 방법
KR102306670B1 (ko) * 2014-08-29 2021-09-29 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
US10658408B2 (en) * 2015-01-13 2020-05-19 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus
US9911773B2 (en) * 2015-06-18 2018-03-06 Omnivision Technologies, Inc. Virtual high dynamic range large-small pixel image sensor
JP6758747B2 (ja) * 2015-09-18 2020-09-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置および電子機器
JP6754157B2 (ja) * 2015-10-26 2020-09-09 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像装置
JP2017163010A (ja) * 2016-03-10 2017-09-14 ソニー株式会社 撮像装置、電子機器
KR102605626B1 (ko) 2016-07-28 2023-11-24 에스케이하이닉스 주식회사 그리드패턴을 구비한 이미지 센서
US10015389B2 (en) 2016-09-22 2018-07-03 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with asymmetric-microlens phase-detection auto-focus (PDAF) detectors, associated PDAF imaging system, and associated method
JP7007088B2 (ja) 2016-12-07 2022-01-24 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子、撮像素子および電子機器
JP2018160486A (ja) * 2017-03-22 2018-10-11 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、電子機器
US10347675B2 (en) * 2017-03-23 2019-07-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor and image processing method using the same
KR102431210B1 (ko) * 2017-07-28 2022-08-11 에스케이하이닉스 주식회사 위상차 검출 픽셀을 구비한 이미지 센서
US10593712B2 (en) 2017-08-23 2020-03-17 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with high dynamic range and infrared imaging toroidal pixels
US10475838B2 (en) 2017-09-25 2019-11-12 Omnivision Technologies, Inc. Multi-pixel detector and associated method for increasing angular sensitivity
KR102494604B1 (ko) * 2017-10-31 2023-02-02 삼성전자주식회사 이미지 센서
US10312279B2 (en) * 2017-10-31 2019-06-04 Semiconductor Components Industries, Llc High dynamic range pixel with in-pixel light shield structures
KR102473149B1 (ko) * 2017-11-13 2022-12-02 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센서
US11289523B2 (en) * 2019-09-06 2022-03-29 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with reduced petal flare
US10811453B1 (en) * 2019-11-01 2020-10-20 Omnivision Technologies, Inc. Pillar structures for suppressing optical cross-talk
US11217613B2 (en) * 2019-11-18 2022-01-04 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with split pixel structure and method of manufacturing thereof
US11329086B2 (en) * 2019-12-27 2022-05-10 Omnivision Technologies, Inc. Method and structure to improve image sensor crosstalk
US11233080B2 (en) * 2019-12-30 2022-01-25 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with partially encapsulating attenuation layer
US11362121B2 (en) * 2020-01-28 2022-06-14 Omnivision Technologies, Inc. Light attenuation layer fabrication method and structure for image sensor
US11469264B2 (en) * 2020-01-30 2022-10-11 Omnivision Technologies, Inc. Flare-blocking image sensor
US11393861B2 (en) * 2020-01-30 2022-07-19 Omnivision Technologies, Inc. Flare-suppressing image sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201811019A (zh) * 2016-08-04 2018-03-16 美商豪威科技股份有限公司 線性對數影像感測器
US9954020B1 (en) * 2016-12-30 2018-04-24 Omnivision Technologies, Inc. High-dynamic-range color image sensors and associated methods
TW202037150A (zh) * 2018-12-11 2020-10-01 日商索尼半導體解決方案公司 固態攝像裝置及電子機器

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Publication number Publication date
TW202443881A (zh) 2024-11-01
US20210242259A1 (en) 2021-08-05
TW202143466A (zh) 2021-11-16
US20230043844A1 (en) 2023-02-09
US11469264B2 (en) 2022-10-11
US12136637B2 (en) 2024-11-05
CN113270433A (zh) 2021-08-17

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