[发明专利]半导体衬底中具有衍射透镜的图像传感器

说明书

本公开涉及半导体衬底中具有衍射透镜的图像传感器。本发明公开了一种图像传感器，所述图像传感器可包括成像像素阵列。每个成像像素可具有光敏区域，所述光敏区域形成在半导体衬底中，由相应的微透镜覆盖，所述微透镜将光聚焦到所述光敏区域上。每个成像像素还可包括形成在所述半导体衬底中的衍射透镜。所述衍射透镜可扩散光以增加所述光敏区域内的入射光的平均路径长度并提高所述像素的效率。可在所述半导体衬底上方形成附加的衍射透镜，以将光聚焦到所述衍射透镜上并进一步提高效率。可在单个成像像素的所述半导体衬底中形成多个衍射透镜。所述衍射透镜可以为多部分衍射透镜。

背景技术

本发明整体涉及图像传感器，并且更具体地，涉及具有使光聚焦的透镜的图像传感器。

图像传感器常常在电子设备诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型的布置中，电子设备设置有布置成像素行和像素列的图像像素阵列。阵列中的每个图像像素包括经由转移栅极耦接到浮动扩散区域的光电二极管。每个像素接收入射光子(光)并将这些光子转换成电信号。将列电路耦接到每个像素列以用于读出来自图像像素的像素信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。

常规图像传感器有时在每个像素上方包括滤色器元件和微透镜。常规图像传感器的微透镜通常具有弯曲表面，并且使用折射将光聚焦于下面的光电二极管上。然而，这些类型的微透镜可导致光穿过路径长度比所需路径长度更短的相应的光电二极管。

因此，希望提供用于图像传感器的改进的透镜布置。

附图说明

图1是根据一个实施方案的可包括图像传感器的示例性电子设备的示意图。

图2是根据一个实施方案的示例性像素阵列以及用于从该像素阵列读出图像信号的相关联读出电路的示意图。

图3A是根据一个实施方案的折射率大于周围介质的示例性聚焦衍射透镜的横截面侧视图。

图3B是根据一个实施方案的折射率低于周围介质的示例性散焦衍射透镜的横截面侧视图。

图4A和图4B是根据一个实施方案的示例性衍射透镜的横截面侧视图，示出了可如何调节衍射透镜的厚度以改变对入射光的响应。

图5A是根据一个实施方案的具有折射率大于周围介质的两个部分的示例性多部分聚焦衍射透镜的横截面侧视图。

图5B是根据一个实施方案的具有折射率低于周围介质的两个部分的示例性多部分散焦衍射透镜的横截面侧视图。

图5C是根据一个实施方案的具有折射率大于周围介质的三个部分的示例性多部分聚焦衍射透镜的横截面侧视图。

图5D是根据一个实施方案的具有折射率大于周围介质的两个部分的示例性非对称多部分聚焦衍射透镜的横截面侧视图。

图5E是根据一个实施方案的具有折射率低于周围介质的两个部分的示例性非对称多部分散焦衍射透镜的横截面侧视图。

图6是根据一个实施方案的包括具有微透镜但无衍射透镜的成像像素的示例性图像传感器的横截面侧视图。

图7是根据一个实施方案的包括具有形成在半导体衬底中的微透镜和衍射透镜的成像像素的示例性图像传感器的横截面侧视图。

图8是根据一个实施方案的包括具有形成在半导体衬底中的微透镜和多边缘衍射透镜的成像像素的示例性图像传感器的横截面侧视图。

图9是根据一个实施方案的包括具有形成在半导体衬底中和半导体衬底上方的单边缘衍射透镜的成像像素的示例性图像传感器的横截面侧视图。

图10是根据一个实施方案的包括具有形成在半导体衬底中的多边缘衍射透镜和形成在半导体衬底上方的单边缘衍射透镜的成像像素的示例性图像传感器的横截面侧视图。