CN110783350B - 包括虚设像素的图像感测装置 - Google Patents

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Abstract

包括虚设像素的图像感测装置。公开了一种图像感测装置，在该图像感测装置中，在虚设像素区域中形成覆盖像素。该图像感测装置包括：包含第一微透镜的第一虚设像素区域、围绕第一虚设像素区域并且形成为没有微透镜的第二虚设像素区域以及围绕第二虚设像素区域并且包括多个第二微透镜的第三虚设像素区域。第一微透镜的中心点与第一光电转换元件的中心点对齐，并且第二微透镜的中心点相对于第三光电转换元件的中心点在特定方向上偏移。

Description

包括虚设像素的图像感测装置
技术领域
本专利文件中公开的技术和实施方式涉及图像感测装置。
背景技术
图像感测装置是使用光敏半导体元件捕获来自光学图像或一个或更多个对象的光并且将所捕获的光转换成电信号的装置。近来，汽车、医疗、计算机和通信行业的发展正导致在诸如数码相机、摄像机、个人通信***(PCS)、游戏机、监控摄像头、医疗***机、机器人等这样的各个技术领域中对高速、高性能图像传感器的需求不断增长。
一种非常常见类型的图像感测装置是电荷耦合器件(CCD)，该电荷耦合器件已经长时间主导了图像传感器领域。另一种常见类型的图像感测装置是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测装置。CMOS图像感测装置现在被广泛使用，因为基于CMOS的图像传感器能够提供优于CCD对应物的一些优点，包括例如将模拟控制电路和数字控制电路组合到单个集成电路(IC)上。
发明内容
本专利文件提供了包括能够提高图像数据精度的虚设像素的图像感测装置的设计等。
基于所公开的技术的实施方式实现的虚设像素可以使得图像感测装置制造商能够容易地检查主像素是否按照期望被布置并且容易地在俯视图中搜索覆盖图案。
根据本公开的一方面，一种图像感测装置包括：第一像素区域，所述第一像素区域被形成为包括第一光电转换元件、第一滤色器和第一微透镜；第二像素区域，所述第二像素区域被形成为围绕所述第一像素区域并且包括多个第二光电转换元件和多个第二滤色器；以及第三像素区域，所述第三像素区域被形成为围绕所述第二像素区域并且包括多个第三光电转换元件、多个第三滤色器和多个第二微透镜。所述第一微透镜的中心点与所述第一光电转换元件的中心点对齐，并且所述第二微透镜的中心点相对于所述第三光电转换元件的中心点在特定方向上偏移。
根据本公开的另一方面，一种图像感测装置包括：第一像素区域，所述第一像素区域被形成为包括第一像素；第二像素区域，所述第二像素区域被形成为围绕所述第一像素区域并且包括多个第二像素；第三像素区域，所述第三像素区域被形成为围绕所述第二像素区域并且包括多个第三像素；至少一个隔离层，所述至少一个隔离层被形成为限定所述第一像素至所述第三像素的有源区域；以及网格结构，所述网格结构被形成在所述隔离层上方并且位于所述第一像素至所述第三像素的边界区域处。位于所述第一像素的边界区域处的第一网格结构与所述隔离层对齐，并且位于所述第二像素的边界区域和所述第三像素的边界区域处的第二网格结构相对于所述隔离层在特定方向上偏移。
根据本公开的另一方面，一种图像感测装置包括：有源像素区域，所述有源像素区域被形成为包括多个有源像素，所述多个有源像素将入射光转换为呈现由所述入射光承载的捕获图像的像素信号；以及虚设像素区域，所述虚设像素区域位于所述有源像素区域外面，以将入射光转换为不被用于呈现所述入射光所承载的捕获图像的信号。所述虚设像素区域包括第一虚设像素和形成在所述第一虚设像素的***部分中的第二虚设像素。所述第一虚设像素包括第一光电转换元件、形成在所述第一光电转换元件上方的第一滤色器以及形成在所述第一滤色器上方的第一微透镜。所述第二虚设像素包括第二光电转换元件、形成在所述第二光电转换元件上方的第二滤色器以及形成在所述第二滤色器上方的第二微透镜。所述第一微透镜的中心点与所述第一光电转换元件的中心点对齐，并且所述第二微透镜的中心点相对于所述第二光电转换元件的中心点在特定方向上偏移。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，所公开的技术的上述和其它特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1是基于所公开的技术的实施方式实现的图像感测装置的示例的表示；
图2A是在图1中所示的覆盖图案区域中实现的隔离层和光电转换元件的布置的示例的表示；
图2B是在图1中所示的覆盖图案区域中实现的网格结构的布置的示例的表示；
图2C是在图1中所示的覆盖图案区域中实现的滤色器的布置的示例的表示；
图2D是在图1中所示的覆盖图案区域中实现的微透镜的布置的示例的表示；
图3A示出了沿着图2A至图2D中所示的线A-A’截取的层叠结构的示例的横截面；
图3B示出了沿着图2A至图2D中所示的线B-B’截取的层叠结构的示例的横截面；
图3C示出了沿着图2A至图2D中所示的线C-C’截取的层叠结构的示例的横截面；
图4是基于所公开的技术的另一实施方式实现的图像感测装置的示例的表示；
图5A是在图4中所示的覆盖图案区域中实现的隔离层和光电转换元件的布置的示例的表示；
图5B是在图4中所示的覆盖图案区域中实现的网格结构的布置的示例的表示；
图5C是在图4中所示的覆盖图案区域中实现的滤色器的布置的示例的表示；以及
图5D是在图4中所示的覆盖图案区域中实现的微透镜的布置的示例的表示。
图中的各个元件的标号
10、20：图像感测装置
110：有源像素区域
120：***区域
130X、130Y、130XY：覆盖图案
200：半导体层
210：半导体基板
220、220’：隔离层
230、230’、230a～230c：光电转换元件
300：光传输层
310：第一平整层
320、320’：网格结构
330、330’：滤色器
340：第二平整层
350、350a、350c、350a’、350c’：微透镜
a、b、c：虚设像素
具体实施方式
成像像素的成像传感器阵列能够被用于将在不同的成像像素上接收的入射光转换成电荷或电信号，以呈现入射光中承载的图像。成像像素可以是形成诸如CMOS传感器这样的基板的半导体光电传感器。在诸如数码相机这样的成像装置中，提供通常包括一组相机镜头的相机镜头***，以在成像传感器阵列上捕获来自目标对象或场景的入射光，并且成像传感器阵列中的在成像像素上方形成的像素光学结构被用于接收来自相机镜头***的入射光并将所接收的入射光分成到各个成像像素的各个像素光束。在许多成像装置中，在成像像素上方形成的像素光学结构可以包括在空间上与成像传感器阵列中的成像像素对应的微透镜阵列以提高光学收集效率，并且还可以包括设置为在空间上与成像像素对应的光学滤色器以捕获图像的颜色信息。
相机成像透镜***和像素化像素光学结构的这种组合具有可能不利地影响成像性能的若干技术问题。例如，由相机镜头***捕获的光被引导以不同的角度朝向成像像素的成像传感器阵列，并且这可在穿过成像像素上方的像素化像素光学结构之后在成像传感器阵列处引起不期望的成像问题。物点与相机镜头的中心之间的线被称为“主光线”，并且每条主光线与相机镜头***的光轴之间的角度是主光线角度(CRA)。因此，相机镜头***所捕获的光被引导以不同的CRA角度朝向成像像素的成像传感器阵列。图像中心处的光的CRA为零，但是在其它透镜位置处的光的CRA从透镜的中心朝向透镜的边缘(即，捕获图像的角部)增大。因此，偏心成像像素将接收朝向图像的边缘增大的CRA角度的光。众所周知，这会在捕获图像中引起不希望的阴影变化，例如，图像的边缘可能看起来比图像的中心更暗。
减少由于捕获的光的不同CRA而造成的这种不期望的阴影的一种方式是在设计中与成像传感器阵列中的各个成像像素的位置相关地产生微透镜相对于下面的成像像素的空间偏移，并且基于用于成像传感器阵列的相机镜头或镜头***的已知镜头参数制造这些成像传感器阵列。本专利申请中公开的技术包括在成像传感器阵列上具有成像区域的成像传感器设计，以允许用于测量由成像传感器阵列的外边缘附近的入射光的大CRA引起的实际图像偏移的光学成像操作，从而评估具有内置微透镜偏移的制造的成像传感器阵列是否能够将不希望的阴影变化减小到可接受的水平并因此能够用作质量控制措施。
图1是基于所公开的技术的实施方式实现的图像感测装置的示例的表示。
参照图1，图像感测装置10可以包括有源像素区域110和***区域120，***区域120可以被称为虚设像素区域。
有源像素区域110可以包括以二维(2D)矩阵形式布置的多个有源像素。这里，多个有源像素可以包括正常成像像素，所述正常成像像素将在不同的成像像素处接收的入射光转换成电荷或电信号以呈现在入射光中承载的图像。例如，多个有源像素可以包括多个红色像素(R)、多个绿色像素(G)和多个蓝色像素(B)。在所公开的技术的实施方式中，红色像素(R)、绿色像素(G)和蓝色像素(B)可以被布置为在有源像素区域110中形成RGGB拜耳图案(Bayer pattern)。在正常成像像素的顶部，可以布置不同滤色器的阵列以覆盖正常成像像素，从而在不同的像素位置处对不同颜色的入射光进行过滤以捕获感测图像中的颜色信息。例如，滤色器可以在一些修复图案(例如，拜耳滤色器图案)中包括红色(R)滤色器、绿色(G)滤色器和蓝色(B)滤色器的布置，以捕获彩色成像信息。每个有源像素可以包括光接收元件，诸如用于将入射光转换为电信号的光电转换元件。这里，光电转换元件可以在光接收表面处接收光并且产生与所接收的光的强度对应的电荷。光电转换元件的示例可以包括光电二极管、光电晶体管、光电门或钉扎光电二极管(pinned photodiode)。
虚设像素区域120可以位于有源像素区域110外面的相邻区域处。例如，虚设像素区域120可以是围绕有源像素区域110的区域或者在有源像素区域110的一个或更多个***区域上的区域。虚设像素区域120可以包括多个虚设像素，并且虚设像素可以以二维(2D)矩阵形式布置。在所公开的技术的示例实施方式中，虚设像素可以用于与有源像素不同的目的。例如，虚设像素可以是形成用于对齐的覆盖图案的非成像像素。以与有源像素类似的方式，虚设像素可包括多个红色像素(R)、多个绿色像素(G)和多个蓝色像素(B)。红色像素(R)、绿色像素(G)和蓝色像素(B)可以被布置为在虚设像素区域120中形成RGGB拜耳图案。
在所公开的技术的实施方式中，覆盖图案130X和130Y可以以如下这样的方式形成：具有微透镜的覆盖像素被没有微透镜的其它虚设像素围绕，从而使覆盖像素变得明显。覆盖图案130X和130Y形成在有源像素区域110外面的虚设像素区域120中。为了测量X方向和Y方向上的偏移，覆盖图案130X和130Y可以被形成在虚设像素区域120中的X方向轴(X轴)的特定位置和Y方向轴(Y轴)的特定位置处。例如，覆盖图案130X和130Y可以被形成在虚设像素区域120的边缘区域中。覆盖图案130X和130Y中的每一个可以包括第一虚设像素“a”、多个第二虚设像素“b”和多个第三虚设像素“c”。更具体地，第一虚设像素“a”可以位于每个覆盖图案130X或130Y的中心处，第二虚设像素“b”可以被布置为围绕第一虚设像素“a”，同时与第一虚设像素“a”相邻，并且第三虚设像素“c”可以布置为围绕第二虚设像素“b”，同时与第二虚设像素“b”相邻。在所公开的技术的实施方式中，第一虚设像素和第三虚设像素上面全部具有微透镜，并且第二虚设像素上面被形成为没有微透镜。这里，第一虚设像素可以被用作能够用于符合像素阵列的布置的覆盖像素。
稍后将更详细地讨论覆盖图案130X和130Y中的每一个的上述虚设像素“a”、“b”和“c”。
为了防止或减少阴影变化，有源像素区域110的有源像素和/或虚设像素区域120的虚设像素可以被实现为使得微透镜、滤色器和网格结构在有源像素区域110和/或虚设像素区域120的向外方向上偏移与每个像素的主光线角度(CRA)对应的预定距离。换句话说，微透镜、滤色器和网格结构在有源像素区域110和虚设像素区域120的向外方向上偏移与每个像素的CRA对应的预定距离。
尽管为了便于描述，图1示出了虚设像素区域120被形成为围绕有源像素区域110，但是本公开不限于此。例如，虚设像素区域120也可以被形成在有源像素区域110的一侧。另外，虚设像素区域120的尺寸可以根据制造参数而改变。
尽管为了便于描述，图1示出了位于X轴的两个覆盖图案130X和位于Y轴的两个覆盖图案130Y，但是本公开不限于此，因此可以在X轴处形成一个覆盖图案，并且如果需要，可以在Y轴处形成另一个覆盖图案。
图2A至图2D是示出了在图1所示的其它覆盖图案当中，形成在由参考符号“130X”指示的覆盖图案区域中的结构的平面图。
图2A示出了在覆盖图案(130X)区域中实现的隔离层220和光电转换元件230的布置。图2B示出了在覆盖图案(130X)区域中实现的网格结构320的布置。图2C示出了在覆盖图案(130X)区域中实现的滤色器330的布置。图2D示出了在覆盖图案(130X)区域中实现的微透镜350a和350c的布置。
参照图2A，隔离层220可以限定半导体基板上的有源区域，并且可以使得形成在有源区域中的光电转换元件(例如，光电二极管：PD)能够彼此光隔离和电隔离。可以通过将绝缘材料埋置通过将半导体基板刻蚀到预定深度而形成的沟槽中来形成每个隔离层220。隔离层220可以被形成为彼此间隔开相同的距离，而与虚设像素的CRA无关。例如，隔离层220可以包括多个第一线型隔离层和多个第二线型隔离层，所述多个第二线型隔离层被形成为与所述多个第一线型隔离层交叉。第一线型隔离层可以彼此间隔开预定距离，同时在X轴方向上彼此平行地布置，并且第二线型隔离层可以彼此隔开预定距离，同时在Y轴方向上彼此平行地布置，由此限定形成有单位像素的光电转换元件230的有源区域。
在图2A中，形成在由隔离层220限定的有源区域中的光电转换元件230可以包括虚设像素“a”的第一光电转换元件230a、形成为围绕虚设像素“a”同时与虚设像素“a”相邻的虚设像素“b”的第二光电转换元件230b以及位于虚设像素“b”的外侧同时与虚设像素“b”相邻的虚设像素“c”的第三光电转换元件230c。
参照图2B，网格结构320可以防止相邻的虚设像素(a、b和c)之间的光学串扰的发生。每个网格结构320可以位于虚设像素(a、b和c)的边界区域处。更具体地，网格结构320可以位于虚设像素(a、b和c)的滤色器的边界区域处。在所公开的技术的实施方式中，网格结构320可以被形成在滤色器层中，或者在所公开的技术的另一个实施方式中，网格结构320可以被形成在位于滤色器层和半导体基板之间的透明平整膜中。为了防止或减少阴影变化，网格结构320可以根据虚设像素“b”和“c”中的每一个的CRA在X轴方向上偏移预定距离。虽然为了便于描述，图2B示出了位于X轴的覆盖图案130X和在X轴方向上偏移预定距离的网格结构320，但是本公开不限于此，应当注意，如果需要，位于Y轴处的另一覆盖图案130Y的网格结构也能够在Y轴方向上偏移预定距离。
然而，覆盖图案130X的中心虚设像素“a”的网格结构可以在不相对偏移的情况下形成在与隔离层220对齐的位置处，隔离层220被形成为限定形成光电转换元件230a的有源区域。也就是说，覆盖图案130X的中心虚设像素“a”的网格结构可以被形成为在垂直方向上与隔离层220交叠。换句话说，位于虚设像素“a”的边界区域处的网格结构可以与对应的光电转换元件230a对齐，而不偏移到另一位置。在覆盖图案(130X)区域中，可以去除在与X轴相交的其它网格结构当中的位于虚设像素“a”的网格结构的两侧的连续网格结构。换句话说，网格结构不被形成在虚设像素“b”和虚设像素“c”之间的边界区域处(例如，在虚设像素“b”的滤色器和虚设像素“c”的滤色器之间的边界区域处)。
如上所述，通过去除(或通过省略)位于虚设像素“a”的两侧(例如，在X轴方向的两侧)的连续网格结构，同时仅保留中心虚设像素“a”的网格结构而不使其在覆盖图案(130X)区域中偏移，能够容易地将虚设像素“a”的网格结构与周围的网格结构区分开。因此，虚设像素“a”的网格结构可以被用作用于覆盖测量的布置标记。
类似地，在位于Y轴的覆盖图案(130Y)区域中，中心虚设像素“a”不偏移，并且位于虚设像素“a”的两侧(即，在Y轴方向的两侧)处的连续网格结构被去除。
参照图2C，滤色器(R、G、B)330可以按照与上述网格结构中相同的方式根据每个虚设像素“b”或“c”的CRA在X轴方向上偏移预定距离。具体地，在覆盖图案(130X)区域中，滤色器(R、G、B)330可以以RGGB拜耳图案布置，并且与X轴相交的滤色器全部可以仅由相同的滤色器形成。例如，在覆盖图案(130X)区域中，与X轴相交的滤色器全部可以由绿色滤色器(G)形成。
如上所述，网格结构可以相对于覆盖图案(130X)区域的中心虚设像素“a”不偏移。另外，如图2D所示，微透镜350a相对于中心虚设像素“a”不偏移。然而，覆盖图案(130X)区域中的所有滤色器都可以偏移。
同样地，当在网格结构和微透镜相对于虚设像素“a”不偏移的条件下滤色器仅相对于虚设像素“a”偏移时，在不同的颜色之间发生的干扰可在覆盖测量期间导致滤色器之间的厚度变形。因此，为了防止滤色器之间相对于虚设像素“a”的这种厚度变形，在覆盖图案(130X)内与X轴相交的所有滤色器(例如，与虚设像素“a”位于同一直线上的所有颜色像素)都可以仅由相同的滤色器形成。
尽管为了便于描述，图2C示出了在覆盖图案(130X)区域中与X轴相交的所有滤色器由相同的滤色器形成，但是本公开不限于此，并且应当注意，在覆盖图案(130Y)区域内与Y轴相交的所有滤色器也可以由相同的滤色器形成。
参照图2D，可以在滤色器330上方形成微透镜350a和350c。可以在虚设像素“a”上方形成微透镜350a，可以在被形成为围绕虚设像素“a”的虚设像素“b”上方不形成微透镜，并且微透镜350c可以被形成在位于虚设像素“b”外部并同时围绕虚设像素“b”的虚设像素“c”中。也就是说，虚设像素(a)的微透镜350a可以被形成为与每个***微透镜350c间隔开约1个像素的预定距离而不与***微透镜350c接触的岛型。如上所述，微透镜350a将看起来像与***微透镜350c间隔开预定距离的岛，使得当在俯视图中示出时，该覆盖图案能够容易地从其它覆盖图案中区分开并识别出。
在这种情况下，当微透镜350c根据每个虚设像素“c”的CRA在X轴方向上偏移预定距离时，虚设像素“a”的微透镜350a完全不偏移。也就是说，微透镜350a可以与光电转换元件230a的中心点对齐。
图3A至图3C是示出覆盖图案130X的示例的横截面图。图3A示出了沿着图2A至图2D所示的线A-A’截取的层叠结构的示例的横截面。图3B示出了沿着图2A至图2D中所示的线B-B’截取的层叠结构的示例的横截面。图3C示出了沿着图2A至图2D中所示的线C-C’截取的层叠结构的示例的横截面。
参照图3A至图3C，基于所公开的技术的实施方式实现的图像感测装置10可以包括半导体层200和形成在半导体层200的一侧的光传输层300。
半导体层200可以包括半导体基板210、隔离层220和多个光电转换元件230。
半导体基板210可以处于单晶状态，并且可以包括含硅的材料。也就是说，半导体基板210可以包括含单晶硅的材料。半导体基板210可以包括通过离子注入技术注入的P型杂质。
每个隔离层220可以包括埋置在被刻蚀到预定深度的沟槽中的绝缘膜。隔离层220可以限定形成有光电转换元件230的有源区域，并且可以使得光电转换元件230能够彼此光隔离和电隔离。
光电转换元件230可以被形成在由隔离层220限定的有源区域中。光电转换元件230可以通过经由离子注入在有源区域中注入N型杂质来形成。例如，每个光电转换元件230可以包括光电二极管、光电晶体管、光电门或钉扎光电二极管。
光传输层300可以包括第一平整层310、网格结构320、滤色器层330、第二平整层340和微透镜层350。
第一平整层310可以被形成在半导体层200的一侧上。第一平整层310可以具有光传输特性和绝缘特性。第一平整层310可以包括透明绝缘层，该透明绝缘层的折射率(n1)低于半导体层200的折射率(n2)(即，n1<n2)。透明绝缘层可以包含氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钛(TiO2)、氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铯(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)、树脂或其组合。
网格结构320可以被形成在第一平整层310上方。网格结构320可以包括遮光材料，例如，钨(W)、铝(Al)或铜(Cu)。网格结构320可以被形成在滤色器330的边界区域中，并且可以根据相应的虚设像素的CRA在X轴方向上偏移预定距离。例如，网格结构320可以相对于隔离层220在X轴方向上偏移预定距离。
在所公开的技术的实施方式中，如图3A所示，在其它网格结构320当中的与虚设像素“a”对应的网格结构320可以与光电转换元件230a对齐，而不偏移。可以省略与设置在光电转换元件230b和230c之间的隔离层对应的网格结构(例如，图3A中由虚线表示的网格结构)。
滤色器层330可以被形成在第一平整层310和网格结构320上方。滤色器层330可以包括捕获颜色信息的滤色器。滤色器层330可以接收穿过微透镜层350和第二平整层340的入射光，并且可以仅允许具有特定波长范围的可见光从滤色器层330穿过。滤色器层330可以包括多个红色滤色器(R)、多个绿色滤色器(G)和多个蓝色滤色器(B)。每个红色滤色器(R)可以对入射光进行过滤以获得与红光有关的信息，每个绿色滤色器(G)可以对入射光进行过滤以获得与绿光有关的信息，并且每个蓝色滤色器(B)可以对入射光进行过滤以获得与蓝光有关的信息。
滤色器(R、G和B)可以被布置成拜耳图案。在所公开的技术的实施方式中，如图3A所示，在覆盖图案(130X)区域中沿着X轴布置的所有滤色器可以由相同的滤色器组成。例如，在覆盖图案(130X)区域中沿着X轴布置的所有滤色器可以是“绿色”滤色器。
第二平整层340可以被形成在滤色器层330上方。第二平整层340可以包含诸如树脂等这样的有机材料。
微透镜层350可以被形成在第二平整层340上方，并且可以包括多个微透镜350a和350c。微透镜350a和350c可以将入射光进行聚光而引导到滤色器层330。
微透镜350c可以根据相应虚设像素“c”的CRA在X轴方向上偏移预定距离。然而，如图3A所示，虚设像素“a”的微透镜350a可以不偏移，并且可以与光电转换元件230a对齐。
另外，微透镜350a可以与每个微透镜350c间隔开约1个像素的预定距离。
如上所述，基于所公开的技术的一些实施方式实现的特定虚设像素“a”(例如，覆盖像素)的微透镜350a将看起来像岛，因为它与周围的微透镜350c间隔开预定距离，使得当在俯视图中示出时，虚设像素“a”(例如，覆盖像素)的位置能够被容易地与其它虚设像素区分开。
此外，在所公开的技术的实施方式中，虚设像素“a”的网格结构和微透镜350a可以不偏移，而是可以与虚设像素“a”的光电转换元件230a对齐。虚设像素“a”的网格结构和微透镜350a还可以允许沿着与覆盖图案区域中的虚设像素“a”相同的轴线定位的滤色器由相同的颜色形成，使得能够通过透射电镜术(TEM)容易地确认像素的布置。
尽管为了便于描述，上述实施方式示出了覆盖图案130X沿着X轴布置，但是本公开不限于此，并且应当注意，位于X轴的特定位置处的覆盖图案130X和位于Y轴的特定位置处的另一覆盖图案130Y可以形状相同，但是方向不同。例如，覆盖图案130Y可以与相对于有源像素区域110的中心点旋转90°的覆盖图案130X相同。
尽管为了便于描述，图3示出了光传输层300仅形成在半导体层200的一侧，但是在另一侧，也可以具有能够读出由光电转换元件230产生的电信号而同时控制单位像素的各种元件。
图4是基于所公开的技术的另一实施方式实现的图像感测装置20的示例的表示。
参照图4，图像感测装置20可以包括形成在与图1的图像感测装置10的位置不同的位置处的覆盖图案130XY。
与图1的图像感测装置10不同，图4的图像感测装置20包括位于虚设像素区域120的角部处的覆盖图案130XY。例如，如图4所示，覆盖图案130XY可以被形成在对角线上的特定位置处。
图5A至图5D是示出在图4中所示的覆盖图案(130XY)区域中形成的结构的平面图。
图5A示出了在覆盖图案(130XY)区域中实现的隔离层220’和光电转换元件230’的布置。图5B示出了在覆盖图案(130XY)区域中实现的网格结构320’的布置。图5C示出了在覆盖图案(130XY)区域中实现的滤色器330’的布置。图5D示出了在覆盖图案(130XY)区域中实现的微透镜350a’和350c’的布置。
参照图5A，覆盖图案(130XY)区域中的隔离层220’可以被形成为彼此间隔开相同的距离，而与虚设像素的CRA无关，并且可以被形成为限定形成有光电转换元件230’的有源区域。
在图5A中，光电转换元件230’可以包括虚设像素“a”的第一光电转换元件230a、形成为围绕虚设像素“a”并同时与虚设像素“a”相邻的虚设像素“b”的第二光电转换元件230b以及位于虚设像素“b”的外部并同时与虚设像素“b”相邻的第三光电转换元件230c。
参照图5B所示，为了防止或减少阴影变化，网格结构320’可以根据虚设像素“b”和“c”各自的CRA在X轴和Y轴方向(例如，在对角线方向上)偏移预定距离。然而，在覆盖图案(130XY)区域中，与虚设像素“a”的光电转换元件230a对应的网格结构不偏移，并且与被形成为限定设置有光电转换元件230a的有源区域的隔离层220对齐。
在所公开的技术的实施方式中，网格结构不被形成在虚设像素“b”的边界区域(例如，虚设像素“b”的滤色器的边界区域)处。也就是说，可以在虚设像素“b”的滤色器之间不形成网格结构，使得与虚设像素“a”的光电转换元件230a对应的网格结构可以被形成为与周围的网格结构隔离的方形环形状。
同样地，在覆盖图案(130XY)区域中，与虚设像素“a”对应的网格结构不偏移，并且与其它网格结构隔离，使得与虚设像素“a”对应的网格结构可以被用作用于覆盖测量的布置标记(例如，覆盖像素)。
参照图5C，滤色器(R、G、B)330’可以根据虚设像素“a”、“b”和“c”各自的CRA在X轴方向和Y轴方向上偏移预定距离。在这种情况下，虚设像素“a”的滤色器和虚设像素“b”的滤色器可以仅包括相同的滤色器，从而防止滤色器之间的厚度变形。例如，虚设像素“a”的滤色器和虚设像素“b”的滤色器可以由绿色滤色器(G)形成。
参照图5D，微透镜350a’和350c’可以被形成在滤色器330’上方。微透镜350a’可以被形成在虚设像素“a”上方，并且微透镜350c’可以被形成在虚设像素“c”中。然而，在虚设像素“b”中不形成微透镜。也就是说，虚设像素“a”的微透镜350a’将看起来像与周围的微透镜350c’间隔开约1个像素的预定距离的岛。如上所述，微透镜350a’与周围的微透镜350c’分隔开预定距离，使得当在俯视图中示出时，能够容易地区分覆盖图案的位置。
在这种情况下，当微透镜350c’根据每个虚设像素“c”的CRA在X轴方向和Y轴方向上偏移预定距离时，虚设像素“a”的微透镜350a’完全不偏移。也就是说，微透镜350a’可以与光电转换元件230a的中心点对齐。
从以上描述显而易见的是，基于所公开的技术的一些实施方式实现的图像感测装置能够使用虚设像素来形成覆盖图案，从而使得在俯视图中更容易地搜索覆盖图案以通过透射电镜术(TEM)检查像素的布置。
基于所公开的技术的实施方式实现的图像感测装置包括：多个成像像素，所述多个成像像素用于将入射在有源像素上的光转换为与入射光的量对应的电信号；一个或更多个覆盖像素，所述一个或更多个覆盖像素包括与所述一个或更多个覆盖像素的光电转换元件对齐的网格结构和微透镜；以及一个或更多个非成像像素，所述一个或更多个非成像像素围绕所述一个或更多个覆盖像素，所述一个或更多个非成像像素包括与所述一个或更多个覆盖像素不对齐的网格结构。
在一个或更多个覆盖像素上形成有微透镜，并且一个或更多个非成像像素包括与上面没有形成微透镜的一个或更多个覆盖像素紧邻的非成像像素。一个或更多个非成像像素包括与上面形成有微透镜的一个或更多个覆盖像素间隔开的非成像像素。
本领域技术人员将要领会的是，可以在不脱离本公开的精神和必要特征的情况下按照除了本文中阐述的方式之外的其它特定方式来实施所述实施方式。因此，上述实施方式将在所有方面被解释为说明性的，而非限制性的。本公开的范围应由所附的权利要求及其合法等同物确定，而不是由以上描述确定。此外，在所附的权利要求的含义和等同范围内的所有改变都旨在被包含在其中。另外，对于本领域技术人员显而易见的是，所附的权利要求中的未被彼此明确引用的权利要求可以作为实施方式组合地呈现，或者在提交该申请之后通过随后的修改被包括为新的权利要求。
尽管已经描述了许多说明性实施方式，但是应该理解，本领域技术人员能够设计出落入本公开的原理的精神和范围内的许多其它修改和实施方式。特别地，在本公开、附图和所附的权利要求的范围内的组成部件和/或布置中可以进行多种改变和修改。除了组成部件和/或布置的改变和修改之外，替代使用对于本领域技术人员而言也将是显而易见的。
相关申请的交叉引用
本专利文件要求于2018年7月31日提交的韩国专利申请No.10-2018-0089199的优先权和权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用并入到本文中。

Claims (19)

1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
第一像素区域，所述第一像素区域被形成为包括第一像素，所述第一像素包括第一光电转换元件、第一滤色器和第一微透镜；
第二像素区域，所述第二像素区域被形成为围绕所述第一像素区域并且包括多个第二像素，每个所述第二像素包括第二光电转换元件和第二滤色器；以及
第三像素区域，所述第三像素区域被形成为围绕所述第二像素区域并且包括多个第三像素，每个所述第三像素包括第三光电转换元件、第三滤色器和第二微透镜，
其中，所述第一微透镜的中心点与所述第一光电转换元件的中心点对齐，并且所述第二微透镜的中心点相对于所述第三光电转换元件的中心点在特定方向上偏移，
其中，没有微透镜形成在所述第二像素上方。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
至少一个隔离层，所述至少一个隔离层被形成为限定分别形成有所述第一光电转换元件、所述第二光电转换元件和所述第三光电转换元件的有源区域。
3.根据权利要求2所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
至少一个网格结构，所述至少一个网格结构位于所述滤色器的边界区域处，以减少相邻像素之间的光学串扰。
4.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述至少一个网格结构包括：
第一网格结构，所述第一网格结构位于所述第一滤色器的边界区域处；以及
第二网格结构，所述第二网格结构位于所述第二滤色器的边界区域和所述第三滤色器的边界区域处，
其中，所述第一网格结构与被形成为限定形成有所述第一光电转换元件的有源区域的隔离层对齐，并且所述第二网格结构相对于被形成为限定形成有所述第二光电转换元件和所述第三光电转换元件的有源区域的隔离层在特定方向上偏移。
5.根据权利要求4所述的图像感测装置，其中，所述第二网格结构具有在所述第二滤色器的边界区域和所述第三滤色器的边界区域处在X轴或Y轴上不存在一个或更多个网格结构的特定结构。
6.根据权利要求4所述的图像感测装置，其中，所述第二网格结构具有当从所述第二像素区域中去除位于所述第二滤色器的边界区域处的至少一个网格结构时形成的特定结构。
7.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第二滤色器当中的位于X轴或Y轴上的滤色器具有与所述第一滤色器的颜色相同的颜色。
8.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述第二滤色器具有与所述第一滤色器的颜色相同的颜色。
9.根据权利要求1所述的图像感测装置，所述图像感测装置还包括：
有源像素区域，所述有源像素区域被形成为包括多个有源像素，所述多个有源像素将入射光转换为呈现由所述入射光承载的捕获图像的像素信号，
其中，所述第一像素区域位于X轴、Y轴或至少一条对角线上，所述X轴、所述Y轴或所述至少一条对角线中的每一个穿过所述有源像素区域的中心点。
10.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
第一像素区域，所述第一像素区域被形成为包括第一像素，所述第一像素包括第一光电转换元件、第一滤色器和第一微透镜；
第二像素区域，所述第二像素区域被形成为围绕所述第一像素区域，并且包括多个第二像素，每个所述第二像素包括第二光电转换元件和第二滤色器；
第三像素区域，所述第三像素区域被形成为围绕所述第二像素区域，并且包括多个第三像素，每个所述第三像素包括第三光电转换元件、第三滤色器和第二微透镜；
至少一个隔离层，所述至少一个隔离层被形成为限定所述第一像素至所述第三像素的有源区域；以及
网格结构，所述网格结构被形成在所述隔离层上方，并且位于所述第一像素至所述第三像素的边界区域处，
其中，位于所述第一像素的边界区域处的第一网格结构与所述隔离层对齐，并且位于所述第二像素的边界区域和所述第三像素的边界区域处的第二网格结构相对于所述隔离层在特定方向上偏移，
其中，没有微透镜形成在所述第二像素上方。
11.根据权利要求10所述的图像感测装置，其中，所述第二网格结构具有在所述第二像素的边界区域和所述第三像素的边界区域处在X轴或Y轴上不存在一个或更多个网格结构的结构。
12.根据权利要求10所述的图像感测装置，其中，所述第二网格结构具有当从所述第二像素区域中去除位于所述第二像素的边界区域处的网格结构时形成的结构。
13.根据权利要求10所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
微透镜，所述微透镜仅被形成在所述第一像素至所述第三像素当中的所述第一像素和所述第三像素上。
14.根据权利要求13所述的图像感测装置，其中，
所述第一像素的微透镜与所述第一网格结构对齐，并且
所述第三像素的微透镜与所述第二网格结构对齐。
15.根据权利要求10所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
滤色器，所述滤色器位于所述网格结构之间，
其中，所述第二像素的滤色器当中的位于X轴或Y轴上的滤色器具有与所述第一像素的滤色器的颜色相同的颜色。
16.根据权利要求10所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
滤色器，所述滤色器位于所述网格结构之间，
其中，所述第二像素的滤色器具有与所述第一像素的滤色器的颜色相同的颜色。
17.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
有源像素区域，所述有源像素区域被形成为包括多个有源像素，所述多个有源像素将入射光转换为呈现由所述入射光承载的捕获图像的像素信号；以及
虚设像素区域，所述虚设像素区域位于所述有源像素区域外面，以将入射光转换为不被用于呈现所述入射光所承载的捕获图像的信号，其中，
所述虚设像素区域包括第一虚设像素和形成在围绕所述第一虚设像素的区域中的第二虚设像素，
所述第一虚设像素包括第一光电转换元件、形成在所述第一光电转换元件上方的第一滤色器以及形成在所述第一滤色器上方的第一微透镜，
所述第二虚设像素包括第二光电转换元件、形成在所述第二光电转换元件上方的第二滤色器以及形成在所述第二滤色器上方的第二微透镜，并且
所述第一微透镜的中心点与所述第一光电转换元件的中心点对齐，并且所述第二微透镜的中心点相对于所述第二光电转换元件的中心点在特定方向上偏移。
18.根据权利要求17所述的图像感测装置，其中，所述第一虚设像素位于X轴、Y轴或至少一条对角线上，所述X轴、所述Y轴或所述至少一条对角线中的每一个穿过所述有源像素区域的中心点。
19.根据权利要求17所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
第三虚设像素，所述第三虚设像素位于所述第一虚设像素和所述第二虚设像素之间，
其中，所述第三虚设像素中的每一个不包括微透镜。
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