耀斑抑制图像传感器的制作方法

1.本发明涉及一种耀斑抑制图像传感器。


背景技术：

2.商业产品例如独立数字相机、移动设备、汽车部件和医疗设备中的相机模块包括具有像素阵列的图像传感器。像素阵列包括布置成二维周期性阵列的多个像素。许多图像传感器包括由多个微透镜形成的微透镜阵列，每个微透镜与相应像素对准。图像传感器的像素阵列和其上的微透镜阵列的周期性导致图像传感器类似于反射式二维衍射光栅。入射到图像传感器上的部分光被衍射到相机的成像透镜。相机的不同元件，例如盖玻璃、红外截止滤光器、成像透镜的表面，将该衍射光反射回图像传感器，从而产生称为花瓣耀斑的图像伪影。


技术实现要素：

3.本文公开的实施例减少花瓣耀斑。本发明提供了一种耀斑抑制图像传感器。耀斑抑制图像传感器包括多个像素，多个像素包括第一组像素和第二组像素。耀斑抑制图像传感器还包括多个微透镜，其中每个微透镜与第一组像素中的相应像素对准。耀斑抑制图像传感器还包括多个子微透镜阵列，其中每个子微透镜阵列与第二组像素中的相应像素对准。
4.在一些实施例中，所述第一组像素和所述第二组像素被周期性地布置，使得来自所述第一组像素的每x个像素之后是来自所述第二组像素的y个像素，其中x和y是正整数。
5.在一些实施例中，x大于y。
6.在一些实施例中，x等于1，而y等于2。
7.在一些实施例中，每个子微透镜具有在半微米与3微米之间的宽度。
8.在一些实施例中，每个微透镜具有在5微米与1毫米之间的宽度。
9.在一些实施例中，每个微透镜的宽度大约是每个子微透镜宽度的两倍。
10.在一些实施例中，每个微透镜的宽度大约是每个子微透镜宽度的三倍。
11.在一些实施例中，所述第一组像素和所述第二组像素被周期性地布置，以充分减少花瓣耀斑积聚。
12.在一些实施例中，每个子微透镜阵列布置成m
×
n阵列，其中m和n是大于1的数值。
13.在一些实施例中，m等于n。
14.在一些实施例中，m不等于n。
15.在一些实施例中，所述多个像素位于半导体衬底内，其中所述多个微透镜中的每一个和所述多个子微透镜阵列中的每一个位于所述半导体衬底上方的微透镜平面内，其中所述图像传感器包括在所述微透镜平面与所述半导体衬底之间的彩色滤光器阵列(cfa)，所述cfa包括以拜耳图案布置的多个彩色滤光器。
16.在一些实施例中，所述第一组像素的每个像素具有所述拜耳图案的红色或蓝色滤
光器之一，并且其中所述第二组像素的每个像素具有所述拜耳图案的绿色滤光器。
17.在一些实施例中，所述多个像素位于半导体衬底内，其中所述多个微透镜中的每一个和所述多个子微透镜阵列中的每一个位于所述半导体衬底上方的微透镜平面内，其中所述图像传感器包括在所述微透镜平面与所述半导体衬底之间的彩色滤光器阵列(cfa)，其中所述cfa的每个滤光器是红色滤光器、绿色滤光器、蓝色滤光器、青色滤光器、品红色滤光器、黄色滤光器和全色滤光器中的一种。
18.在一些实施例中，所述第一组像素和所述第二组像素随机地布置。
附图说明
19.图1描绘了根据实施例的使场景成像的相机。
20.图2和3是作为图1的图像传感器的实施例的耀斑抑制图像传感器的像素阵列的示意图。
21.图4至图6示出了根据实施例的与微透镜或子微透镜阵列对准的像素序列的侧视图。
22.图7示出了与微透镜或子微透镜阵列对准的像素阵列的三种情况。
23.图8是示出根据实施例的对于三种不同情况研究的变化波长的二阶衍射的曲线图。
具体实施方式
24.当光从图像传感器中的一个透镜散射到另一个透镜上，使图像失真时，就会发生花瓣耀斑。例如，当光反射、衍射或入射到透镜上时，光可能会干扰附近的透镜。本实施例的一个方面包括以下认识：花瓣耀斑的主要源是入射到相邻像素的透镜或微透镜上并由其聚焦的光。本公开的实施例通过将像素布置成与交替的微透镜和子微透镜对准来减少花瓣耀斑。本实施例通过包括与交替像素对准的多个子微透镜(子微透镜阵列)来减少花瓣耀斑，其中每个子微透镜使入射到每个子微透镜的折射元件上的光的一部分透射。在一些实施例中，不是具有与微透镜和子微透镜阵列对准的交替像素，像素的布置可以是另一种周期性图案或随机的，以充分减少图像传感器内的花瓣-耀斑积聚。
25.微透镜可以是宽度范围在10微米与1毫米之间的透镜，而子微透镜可以是宽度范围在半微米到3微米之间的透镜。
26.图1示出图像传感器100，其包括像素阵列154。在图1所描绘的情境中，图像传感器100并入在对场景成像的相机190中。相机190包括图像传感器100，图像传感器100包括像素阵列154。图像传感器100可以是芯片级封装或板上芯片封装的一部分。
27.图2是耀斑抑制图像传感器(例如，图像传感器100)的像素阵列200(例如，图1的像素阵列154的一部分)的示意图。图2所示的像素阵列200包括像素202、204和像素210、212，像素202、204各自与微透镜206对准，像素210、212各自与子微透镜214阵列对准。子微透镜214可以具有微透镜206的大致一半(例如，在40％与60％之间)的宽度和大致一半(例如，在40％与60％之间)的曲率半径。此外，子微透镜214以2
×
2阵列布置在像素210、212的表面区域内。然而，在一些实施例中，子微透镜阵列214可以是n
×
n阵列，其中n是大于1的任何整数。例如，n
×
n微透镜阵列可以是3
×
3阵列，4
×
4阵列，或足以减少花瓣-耀斑积聚的任何整
数n。
28.例如，图3是耀斑抑制图像传感器(例如，图像传感器100)的像素阵列300(例如，像素阵列154的一部分)的示意图。图3包括像素302、304和像素310、312，像素302、304各自与微透镜206对准，像素310、312各自与子微透镜314对准。子微透镜314布置成3
×
3阵列。每个子微透镜314可以具有微透镜206的大致三分之一(例如，在20％与45％之间)的宽度和曲率半径。子微透镜314的高度、半径和几何形状可以变化以充分减少花瓣-耀斑积聚，并且不受本公开的实施例的限制。
29.像素阵列200和300可以被组织成列和行，并且每一行可以包括与微透镜对准的第一组像素和与子微透镜的n
×
n阵列对准的第二组像素。行内第一组和第二组像素的布置可以是周期性的或随机的。例如，该布置在(i)来自第一组像素的像素与(ii)来自第二组像素的相邻像素之间交替。该布置可以是来自第一组像素的两个像素之后是来自第二组像素的两个像素。和/或该布置可以包括来自第一组像素的一个像素，之后是来自第二组像素的两个像素。通常，第一组像素和第二组像素的布置可以是周期性的或随机的。
30.图4-6各示出包括三个像素的图像传感器(例如，图像传感器100)的一部分，并且示出第一组像素和第二组像素的布置的不同排列或像素内子微阵列的不同n
×
n阵列。图4是包括三个像素402、404、406的图像传感器400的一部分的示意图，其中像素402、406与微透镜206对准，而像素404与子微透镜214对准。图像传感器400可以包括一个或多个层，其示例包括光谱滤光器阵列、钝化层和氧化物层。
31.图像传感器400包括相邻像素之间的深沟槽隔离层418、420，深沟槽隔离层在半导体衬底422内的深度可以变化。在实施例中，深沟槽隔离层418、420包括氧化物。深沟槽隔离层418、420具有宽度424，宽度424可以至少为150nm，使得入射到深沟槽隔离层418、420上的光经历全内反射并且不被透射到相邻像素。半导体衬底422具有顶表面416。
32.微透镜206可以是氧化物并且利用化学气相沉积来制造。在实施例中，微透镜206由具有140℃与180℃之间的转变温度的材料(例如玻璃)形成，使得其能够承受与图像传感器(例如，图像传感器100)相关联的回流工艺的温度。在一些实施例中，子微透镜214包括与微透镜206基本类似或相同的材料。在一些实施例中，子微透镜214包括与微透镜206不同的材料。
33.每个子微透镜214可以具有高度峰值，该高度峰值被确定为使得每个子微透镜214具有等于顶表面416的厚度430的后焦距。在一些实施例中，微透镜206的高度426是子微透镜214高度的两倍。在一些实施例中，微透镜206的高度426与子微透镜214的高度的比例是足以减少花瓣-耀斑积聚的值。例如，子微透镜214的高度在微透镜206的高度426的30％与70％之间。类似地，微透镜206的基部的宽度428与子微透镜214的基部的宽度的比例可以是足以减少花瓣-耀斑积聚的值。在实施例中，宽度428和透镜214的宽度可以是沿同一方向的最大宽度。在一些实施例中，宽度428大致是子微透镜214基部宽度的两倍。例如，子微透镜214的宽度在宽度428的30％与70％之间。在实施例中，宽度428在5微米与1毫米之间，而子微透镜214的宽度在半微米与3微米之间。
34.图5和图6是图像传感器500和600的部分的示意图，图像传感器500和600中的每一个包括三个像素并且是图像传感器400的变型。图像传感器500和600可以包括一个或多个层，其示例包括光谱滤光器阵列、钝化层和氧化物层。像素502、602和606分别与微透镜206
对准，而像素504、506和604分别与子微透镜214、314对准。半导体衬底524、624分别具有顶表面518、618。在下面的描述中最好一起观察图5和图6。
35.图像传感器500、600至少在与像素502-506、602-606对准的微透镜和子微透镜类型的周期性布置方面与图像传感器400不同。例如，图像传感器500包括微透镜206和子微透镜214的不同序列。如可以看出，不是像在图像传感器400中那样微透镜206与子微透镜214相邻，图像传感器500具有以下序列：与微透镜206对准的像素502，之后是与子微透镜214对准的两个像素504、506。对于图像传感器像素阵列的每一行像素，该序列可以继续。此外，每一行(未示出)可以在像素序列中相对于像素阵列内的相邻行具有移位。例如，第一行像素可以始于图像传感器500的序列：与微透镜206对准的像素502，之后是与子微透镜214对准的两个像素504、506，如图5所示。第二行(未示出)可以始于与子微透镜214对准的像素(例如，像素504)，之后是与子微透镜214对准的像素(例如，像素506)，之后是与微透镜206对准的像素(例如，像素502)。并且第三行可以继续，使得图5中所示的像素的图像传感器500对于每个后续行向右移位一个像素。或者，替代地，第二行可以始于与子微透镜214对准的像素，之后是与微透镜206对准的像素，并且图5中所示的像素序列可以继续。在实施例中，考虑与相应微透镜或子微透镜对准的像素序列的任何排列(周期性或随机)，使得该排列充分减少花瓣-耀斑积聚。
36.类似地，图像传感器600示出与图像传感器400的像素序列类似的像素序列，即与微透镜206对准的像素和与子微透镜314对准的像素相邻；然而，子微透镜314处于3
×
3阵列。与图4、5中的可用排列相似，在本公开中考虑的可用排列使得排列充分减少花瓣-耀斑积聚。例如，第一行可以包括图6中所示的行，并且图像传感器600的第二行像素可以始于与子微透镜314对准的像素，之后是与微透镜206对准的像素等。本公开的实施例不限于图4至图6并且可以包括任何排列和任何n
×
n子微透镜阵列，其中n是大于1的任何整数。例如，像素行可以包括如图5所示的像素序列，但是与子微透镜214对准的每个像素可以具有3
×
3、4
×
4、5
×
5等阵列。在一些实施例中，与微透镜206、子微透镜214、314等对准的任何9
×
9像素阵列可以包括图像传感器400、500、600的任何组合。例如，传感器元件的9
×
9阵列可以包括图像传感器400、500、600中的每一种图像传感器中的一个、图像传感器400、500、600中的两个，图像传感器中的一个可以旋转使得图像传感器内的像素行可以变成列，等等。
37.图7示出了情况1-3，每一种情况都被描绘成与相对应微透镜(例如，微透镜206)或子微透镜(例如，子微透镜214)对准的2
×
2像素阵列。在一些实施例中，可以使用拜耳滤光器，并且每个像素可以是绿色、红色或蓝色滤光器之一。例如，情况1示出了2
×
2像素阵列，每个像素与微透镜对准。情况1进一步示出具有指示蓝色滤光器的第一图案的第一像素702；具有指示绿色滤光器的第二图案的第二像素704；具有指示绿色滤光器的第二图案的第三像素706；以及具有指示红色滤光器的第三图案的第四像素708。
38.情况2示出了2
×
2像素阵列，第一行像素和第二行像素各自包括与微透镜对准的像素712、714和与子微透镜对准的像素710、716。在情况2中使用与在情况1中使用的拜耳滤光器的红色滤光器、绿色滤光器和蓝色滤光器相对应的相同图案。例如，像素710具有指示蓝色滤光器的第一图案；像素712、714具有指示绿色滤光器的第二图案；并且像素716具有指示红色滤光器的第三图案。情况3包括与微透镜或子微透镜对准的像素。情况3具有从情况2中看到的情形切换拜耳滤光器颜色的微透镜和子微透镜。例如，像素具有与情况2中相
同的图案；然而，像素718现在与微透镜对准；像素720、722与子微透镜对准；并且像素726与微透镜对准。
39.图8示出了波长范围从400nm到700nm的光的二阶衍射的曲线图800，包括衍射测量810、820、830，分别对应于情况1、情况2和情况3，如图例840中所示。衍射测量820和830示出，与衍射测量810相比，除了410nm区域之外，所有波长的光的二阶衍射显著减少。此外，衍射测量820和830保持大致一致，直到大约590nm区域，然后发散。衍射测量820与830之间的差异可归因于微透镜或子微透镜所覆盖的拜耳滤光器的颜色。在一些实施例中，可以使用拜耳滤光器以外的彩色滤光器阵列，例如rgbe滤光器、ryyb滤光器、cyym滤光器、cygm滤光器、rgbw滤光器、x-trans滤光器、quad bayer滤光器、ryyb quad滤光器、nonacell滤光器、rccc滤光器、rccb滤光器等。在一些实施例中，彩色滤光器阵列的每个滤光器可以包括红色滤光器、绿色滤光器、蓝色滤光器、青色滤光器、品红色滤光器、黄色滤光器和全色滤光器中的一种或多种。在一些实施例中，图像传感器包括位于子微透镜阵列与半导体衬底之间的彩色滤光器阵列(cfa)，并且该cfa包括以拜耳图案布置的多个彩色滤光器。
40.以上描述以充分、清晰、简明和准确的术语呈现了设想用于执行本实施例的最佳模式，以及实践它们的方式和过程，以使其所属领域的任何技术人员能够实践这些实施例。然而，本实施例易于从以上讨论做出完全等效的修改和替代构造。因此，本发明不受所公开的特定实施例的限制。相反，本发明涵盖了在本公开的精神和范围内的所有修改和替代构造。例如，本文描述的像素或微透镜阵列的布置/序列不需要以与它们已经呈现的相同的结构形成，并且可以以任何方式形成。此外，在替代实施例中，已经呈现为单独形成的结构可以同时形成。同样，在替代实施例中，已经呈现为同时形成的结构可以单独形成。
41.特征组合
42.具体设想以下实施例，以及与彼此兼容的这些实施例的任何组合：
43.(a)一种耀斑抑制图像传感器，包括多个像素，多个像素包括第一组像素和第二组像素。耀斑抑制图像传感器还包括多个微透镜，每个微透镜与第一组像素中的相应像素对准。耀斑抑制图像传感器还包括多个子微透镜阵列，每个子微透镜阵列与第二组像素中的相应像素对准。
44.(b)在由(a)表示的实施例中，第一组像素和第二组像素被周期性地布置，使得来自第一组像素的每x个像素之后是来自第二组像素的y个像素，其中x和y都是正整数。
45.(c)在由(b)表示的实施例中，x大于y。
46.(d)在由(b)表示的实施例中，x等于1，而y等于2。
47.(e)在由(a)表示的实施例中，每个子微透镜具有在半微米与3微米之间的宽度。
48.(f)在由(a)表示的实施例中，每个微透镜具有在5微米与1毫米之间的宽度。
49.(g)在由(a)表示的实施例中，每个微透镜的宽度大约是每个子微透镜宽度的两倍。
50.(h)在由(a)表示的实施例中，每个微透镜的宽度大约是每个子微透镜宽度的三倍。
51.(i)在由(a)表示的实施例中，第一组像素和第二组像素周期性布置以充分减少花瓣耀斑积聚。
52.(j)在由(a)表示的实施例中，每个子微透镜阵列布置成m
×
n阵列，其中m和n是大
于1的数值。
53.(k)在由(a)和(j)表示的实施例中，m等于n。
54.(l)在由(a)和(j)表示的实施例中，m不等于n。
55.(m)在由(a)表示的实施例中，多个像素位于半导体衬底内。多个微透镜中的每一个和多个子微透镜阵列中的每一个位于半导体衬底上方的微透镜平面中。该图像传感器包括在微透镜平面与半导体衬底之间的彩色滤光器阵列(cfa)，该cfa包括以拜耳图案布置的多个彩色滤光器。
56.(n)在(a)和(m)所示的实施例中，第一组像素的每个像素具有拜耳图案的红色滤光器或蓝色滤光器之一，而第二组像素的每个像素具有拜耳图案的绿色滤光器。
57.(o)在由(a)表示的实施例中，多个像素位于半导体衬底内。多个微透镜中的每一个和多个子微透镜阵列中的每一个位于半导体衬底上方的微透镜平面中。该图像传感器包括在微透镜平面与半导体衬底之间的彩色滤光器阵列(cfa)。cfa的每一个滤光器是红色滤光器、绿色滤光器、蓝色滤光器、青色滤光器、品红色滤光器、黄色滤光器和全色滤光器中的一种或多种。
58.(p)在由(a)表示的实施例中，第一组像素和第二组像素被随机布置。

技术特征：
1.一种耀斑抑制图像传感器，包括：多个像素，所述多个像素包括第一组像素和第二组像素；多个微透镜，每个微透镜与所述第一组像素中的相应像素对准；以及多个子微透镜阵列，每个子微透镜阵列与所述第二组像素中的相应像素对准。2.根据权利要求1所述的耀斑抑制图像传感器，其中所述第一组像素和所述第二组像素被周期性地布置，使得来自所述第一组像素的每x个像素之后是来自所述第二组像素的y个像素，其中x和y是正整数。3.根据权利要求2所述的耀斑抑制图像传感器，其中x大于y。4.根据权利要求2所述的耀斑抑制图像传感器，其中x等于1，而y等于2。5.根据权利要求1所述的耀斑抑制图像传感器，其中每个子微透镜具有在半微米与3微米之间的宽度。6.根据权利要求1所述的耀斑抑制图像传感器，其中每个微透镜具有在5微米与1毫米之间的宽度。7.根据权利要求1所述的耀斑抑制图像传感器，其中每个微透镜的宽度大约是每个子微透镜宽度的两倍。8.根据权利要求1所述的耀斑抑制图像传感器，其中每个微透镜的宽度大约是每个子微透镜宽度的三倍。9.根据权利要求1所述的耀斑抑制图像传感器，其中所述第一组像素和所述第二组像素被周期性地布置，以充分减少花瓣耀斑积聚。10.根据权利要求1所述的耀斑抑制图像传感器，其中每个子微透镜阵列布置成m
×
n阵列，其中m和n是大于1的数值。11.根据权利要求10所述的耀斑抑制图像传感器，其中m等于n。12.根据权利要求10所述的耀斑抑制图像传感器，其中m不等于n。13.根据权利要求1所述的耀斑抑制图像传感器，其中所述多个像素位于半导体衬底内，其中所述多个微透镜中的每一个和所述多个子微透镜阵列中的每一个位于所述半导体衬底上方的微透镜平面内，其中所述图像传感器包括在所述微透镜平面与所述半导体衬底之间的彩色滤光器阵列(cfa)，所述cfa包括以拜耳图案布置的多个彩色滤光器。14.根据权利要求13所述的耀斑抑制图像传感器，其中所述第一组像素的每个像素具有所述拜耳图案的红色或蓝色滤光器之一，并且其中所述第二组像素的每个像素具有所述拜耳图案的绿色滤光器。15.根据权利要求1所述的耀斑抑制图像传感器，其中所述多个像素位于半导体衬底内，其中所述多个微透镜中的每一个和所述多个子微透镜阵列中的每一个位于所述半导体衬底上方的微透镜平面内，其中所述图像传感器包括在所述微透镜平面与所述半导体衬底之间的彩色滤光器阵列(cfa)，其中所述cfa的每个滤光器是红色滤光器、绿色滤光器、蓝色滤光器、青色滤光器、品红色滤光器、黄色滤光器和全色滤光器中的一种或多种。16.根据权利要求1所述的耀斑抑制图像传感器，其中所述第一组像素和所述第二组像素随机地布置。

技术总结
本文公开的实施例减少花瓣耀斑。提供了一种耀斑抑制图像传感器。耀斑抑制图像传感器包括多个像素，多个像素包括第一组像素和第二组像素。耀斑抑制图像传感器还包括多个微透镜，其中每个微透镜与第一组像素中的相应像素对准。耀斑抑制图像传感器还包括多个子微透镜，其中每个微透镜阵列与第二组像素中的相应像素对准。素对准。素对准。


技术研发人员：陈刚 王勤 牛超
受保护的技术使用者：豪威科技股份有限公司
技术研发日：2022.07.27
技术公布日：2023/2/9