用以最小化颜色混叠的rgbc彩色滤光器阵列图案的制作方法
【技术领域】
[0001]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)涉及与图像传感器一起使用以最小化颜色混叠的彩色滤光器阵列图案。
【背景技术】
[0002]在数码相机、手机及安全相机、医疗、汽车及其它应用中广泛使用图像传感器。用于制造图像传感器(且尤其是互补金属氧化物半导体(“C0MS”)图像传感器)的技术已持续以迅猛的速度进步，且对更高分辨率及更低能耗的需求已促进图像传感器的进一步微型化及集成化。
[0003]常规COMS图像传感器使用具有布置成所谓拜耳(Bayer)图案的原色组(例如，红色、绿色及蓝色(RGB))的彩色滤光器阵列(CFA)。在一些实施例中，透明像素(也称作无色、透明或全色像素)可包含于所述彩色滤光器阵列中以增加所述图像传感器的灵敏度。包含透明滤光器与RGB彩色滤光器的彩色滤光器阵列被称作RGBC像素图案。
[0004]一些RGBC图案虽增加灵敏度，但却可能遭受颜色混叠。颜色混叠导致错误的颜色出现在图像的区域中。举例来说，颜色(例如，红色或蓝色)可出现在本应为绿色的图像部分中。在颜色混叠的另一实例中，在黑色或其它深色背景上、寄存在个别像素上的小白色线将被解释为含有所寄存的原色中的一者的单个像素的线。颜色混叠的发生至少部分是由于RGBC图案内的透明滤光器的对准。具有透明像素的图像传感器更容易出现颜色混叠，因为透明像素不产生其自身的除了光的强度以外的任何颜色信息。
[0005]颜色混叠通常为通过使用具有电荷耦合装置(CXD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(COMS)图像传感器的某些彩色滤光器阵列(CFA)而导致的不良影响。因此，希望设计最小化颜色混叠的CFA图案。
【发明内容】
[0006]本发明的一实施例涉及一种彩色滤光器阵列。所述彩色滤光器阵列包括:多个平铺式最小重复单元，每一最小重复单元至少包含:第一组滤光器，其包括三个或三个以上彩色滤光器，所述第一组包含至少一个具有第一光谱光响应的彩色滤光器、至少一个具有第二光谱光响应的彩色滤光器及至少一个具有第三光谱光响应的彩色滤光器；以及第二组滤光器，其包括一或多个定位在所述第一组的所述彩色滤光器之中的宽带滤光器，其中所述一或多个宽带滤光器中的每一者具有与所述第一、第二及第三光谱光响应中的任一者相比具有更宽光谱的第四光谱光响应，且其中所述第二组的个别滤光器与所述第一组中的个别滤光器中的任一者相比具有更小区域。
[0007]本发明的另一实施例涉及一种图像传感器。所述图像传感器包括: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的上方，使得所述像素阵列中的每一个别像素光学耦合到所述彩色滤光器阵列的对应滤光器，所述彩色滤光器阵列包括多个平铺式最小重复单元，每一最小重复单元至少包含:第一组滤光器，其包括三个或三个以上彩色滤光器，所述第一组包含至少一个具有第一光谱光响应的彩色滤光器、至少一个具有第二光谱光响应的彩色滤光器及至少一个具有第三光谱光响应的彩色滤光器，及第二组滤光器，其包括一或多个定位在所述第一组的所述彩色滤光器之中的宽带滤光器，其中所述一或多个宽带滤光器中的每一者具有与所述第一、第二及第三光谱光响应中的任一者相比具有更宽光谱的第四光谱光响应，且其中所述第二组的所述个别滤光器与所述第一组中的所述个别滤光器中的任一者相比具有更小区域；读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述个别像素读出信号；及功能逻辑，其耦合到所述读出电路以处理从所述个别像素读取的所述信号。
【附图说明】
[0008]参考以下诸图描述非限制性及非穷尽实施例，其中相同参考数字贯穿各视图指代相同部分，除非另有指定。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]图4A到4E为最小重复单元的实施例的图。
[0013]图5A到为最小重复单元的其它实施例的图。
[0014]图6A到6D为最小重复单元的其它实施例的图。
[0015]图7A到7F为最小重复单元的其它实施例的图。
[0016]图8A到8D为最小重复单元的其它实施例的图。
[0017]图9A到9B为耦合到彩色滤光器阵列的像素阵列的实施例的横截面图。
【具体实施方式】
[0018]描述用于与图像传感器一起使用以最小化颜色混叠的彩色滤光器阵列图案的设备、系统及方法的实施例。描述特定细节以提供对所述实施例的透彻理解，但所属领域的技术人员将认识到，可在不具有一或多个所描述的细节的情况下或具有其它方法、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。
[0019]贯穿此描述对“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至少一个所描述实施例中。结果，“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，特定特征、结构或特性可以任何合适方式组合于一或多个实施例中。
[0020]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、耦合到所述像素阵列的读出电路170、耦合到所述读出电路的功能逻辑115，及耦合到所述像素阵列的控制电路120。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可实施在前侧照明图像传感器中，如图2A所展示；或实施为背侧照明图像传感器，如图2B所展示。如所说明，将所述阵列中的每一像素布置成行(例如，行Rl到Ry)及列(例如，列Cl到Cx)以获取人员、位置或对象的图像数据，所述图像数据可随后用于呈现人员、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”)指派颜色到每一像素，如下文结合所揭示的彩色滤光器阵列的实施例所进一步论述。
[0021]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用于存储、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可存储图像数据及/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也可用于处理图像数据以校正(即，减少或移除)固定模式噪声。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可产生用于控制图像获取的快门信号。
[0022]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域204及相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Ml及M2，其经图案化以创建光学通道，通过所述光学通道，入射在FSI像素200上的光可到达光敏或光电二极管(“H)”)区域204。为了实施彩色图像传感器，前侧可包含彩色滤光器阵列201，其中将其个别彩色滤光器(在此特定横截面中说明个别滤光器203及205)中的每一者安置于微透镜206下方，微透镜206辅助将入射光聚焦到H)区域204上。彩色滤光器阵列201可为本文所论述的任何彩色滤光器阵列。
[0023]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及相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，背侧可包含彩色滤光器阵列201，其中将其个别彩色滤光器(在此特定横截面中说明个别滤光器203及205)中的每一者安置于微透镜206下方。彩色滤光器阵列201可为本文所论述的任何彩色滤光器阵列。微透镜206辅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中的金属互连线不使正被成像的对象与光敏区域204之间的路径变混乱，从而引起光敏区域204进行更大信号产生。
[0024]图3说明彩色滤光器阵列(CFA)及平铺以形成所述CFA的一组最小重复单元(MRU) ο CFA 300包含若干个别滤光器，所述个别滤光器实质上对应于所述像素阵列中的若干个别像素，所述CFA耦合或将耦合到所述像素阵列。每一个别滤光器光学耦合到所述像素阵列中的对应个别像素且具有从一组光响应中选择的特定彩色光响应。特定光响应对电磁光谱的某些部分具有高灵敏度，而同时对所述光谱的其它部分具有低灵敏度。所述像素自身未被染色，但因为CFA通过在所述像素上方放置滤光器来指派单独光响应到每一像素，所以常常将像素称为具有那一特定光响应的像素。因此，如果像素不具有滤光器或其耦合到透明(即，全色或无色)滤光器，那么像素可被称为“透明像素”;如果像素耦合到蓝色滤光器，那么像素可被称为“蓝色像素”;如果像素耦合到绿色滤光器，那么像素可被称为“绿色像素”;或如果像素耦合到红色滤光器，那么像素可被称为“红色像素”，等等。
[0025]经选择以供在传感器中使用的所述组彩色光响应通常具有至少三个颜色，但在一些实施例中可包含四个或四个以上颜色。在具有四个彩色光响应的CFA 300的实施例中，所述组彩色光响应可为红色、绿色、蓝色及透明或全色(即，中性或无色)。但在其它实施例中，CFA 300可包含除了所列出的那些光响应之外或代替所列出的那些光响应的其它光响应。例如，其它实施例可包含青色(C)、品红色(M)及黄色(Y)滤光器、透明(即，无色)滤光器、红外线滤光器、紫外线滤光器、X射线滤光器等等。
[0026]如本文中所使用，白色、透明、无色或全色光响应是指与在所选择的所述组彩色光响应中所表示的那些光谱灵敏度相比具有更宽光谱灵敏度的光响应。全色光灵敏度可具有跨越整个可见光谱的高灵敏度。术语全色像素将指具有全色光响应的像素。尽管全色像素通常具有与彩色光响应组相比更宽的光谱灵敏度，但每一全色像素可具有相关联滤光器。此滤光器为中性密度滤光器或彩色滤光器。
[0027]将