[发明专利]图像传感器的光波导器

说明书

技术领域

本实施例是关于一种集成电路制作，更特定而言是关于制作更有效的CMOS图像传感器。

背景技术

一图像传感器具有大量相同传感器元件(像素)，一般而言在一个笛卡尔(方形)网格中有大于100万像素。毗邻像素之间的距离称为间距(p)。一像素的面积为p²。光敏元件的面积(亦即，像素的对光敏感可将光转换至一电信号的面积)通常仅是像素的表面面积的20％至30％。

对一设计者的挑战是将尽可能多的入射于像素上的光引导至像素的光敏元件上。诸多因素可以减少到达光敏元件的光的量的。一个因素是构造图像传感器的方式。互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可以通过在晶体硅的顶部上蚀刻且沉积诸多硅的氧化物、金属及氮化物层的制程来制作。一典型传感器的层列举于表I中且显示于图1中。

表I

在表I中，通常一硅衬底上的第一层是ILD层且最顶层是覆盖层。在表I中，ILD是指层间的介电层；金属1、金属2及金属3是指不同金属层；IMD1B、IMD2B及IMD5B是指不同金属间的介电层(其等是间隔件层)；PASS1、PASS2及PASS3指不同钝化层(通常是介电层)。

在图像传感器的硅衬底上面的层的总厚度是图像传感器的堆叠高度，堆叠高度是单个层的厚度的总和。在表I的实例中，单个层的厚度的总和是大约11.6微米(μm)。

在一像素的光敏元件上面的空间必须是透光的，以允许来自一全色彩场景的入射光入射于位于硅衬底中的光敏元件上。因此，不能安排金属层横跨一个像素的光敏元件，确保让光敏元件正上面的层是透明的。

像素间距与堆叠高度的比率(p/s)决定了可被像素接受且可被输送至硅上的光敏元件的光锥(F数目)。当像素变得更小且堆叠高度增加，此比率数目减少，因此像素的效率下降。

更重要地，由于金属层的数目增加导致的堆叠高度增高，会遮蔽光线，尤其是以一一定角度入射到感测器组件的光线，使其不能透过该堆叠到达光敏元件。一个解决方案是降低堆叠高度达一显著量(亦即，＞2μm)。然而，在标准CMOS制程中此解决方案难以达成。

另一个限制常用图像传感器性能的问题是入射到图像传感器上的光的约三分之一或更少的光被透射至诸如一光电二极管的光敏元件。在传统的图像传感器中，为区别光的三种成份以便可再现来自一全色彩场景的色彩，使用一滤光器针对每一像素滤掉光的成份中的两种。举例而言，红色像素具有吸收绿色光及蓝色光仅允许红色光通过到达传感器的一滤光器。

发明内容

附图说明

图1显示一常用图像传感器的一剖面图。

图2显示一图像传感器的一实施例的一剖面图。

图3显示具有一微透镜的一图像传感器的另一实施例的一剖面图。

图4显示具有两个图像传感器的一复合像素的一示意性横截面，该两个图像传感器具有两个孔径(d₁及d₂)及用于引导具有不同波长(λ_B及λ_R)的光的光管。

图5显示显示一图像传感器的一实施例的构造的不同示意性剖面图。

图6显示包含一第一光电二极管及一第二光电二极管的一双光电二极管的一实施例的一示意性剖面图，该第一光电二极管具有与光管的横截面面积大致相同的一横截面面积且位于该光管下面，该第二光电二极管具有与堆叠中的孔径的横截面面积大致相同或比其大的横截面面积且位于该第一光电二极管下面，且其中该第一光电二极管及该第二光电二极管是藉由一实体障壁分离以防止串扰。

图7显示可操作地耦合至一图像传感器的一光耦合器的一实施例的一示意性剖面图。

图8显示可操作地耦合至一图像传感器的一光耦合器的一实施例的构造的不同示意性剖面图。俯视图及仰视图是产生色彩的两个互补像素(具有不同直径的2管光)的横截面。

图9显示含有本文所揭示的实施例的图像传感器的一装置的一示意性俯视图，每一图像传感器具有代表互补色彩的两个输出。

具体实施方式

在以下详细说明中，参照形成本发明一部分的附图。在图式中，类似符号通常识别类似组件，除非上下文以其他方式规定。在详细说明中、图式中及申请专利范围中所阐述的说明性实施例并不意指具有限制性。在不脱离本文所呈现主题的精神或范畴的情形下可利用其他实施例且可做出其他改变。