彩色滤光片选择到达像素的光谱,透明基底层为滤光阵列上方准备表面,微透镜则把光引向感光区域。若把三者都理解成可以互相替代的“增感层”,就无法解释为什么流程需要依次完成这些不同工作。
滤光片选择光谱,不承担聚光形状的工作
光电二极管把吸收的光转化为收集的电荷。彩色图像传感器借助不同滤光材料,让相邻像素具有不同的光谱响应。材料随波长变化的透射和吸收特性参与颜色区分,最终彩色图像还依赖后续的像素信号处理。
本 Flow 的第 368 步在选定的像素位置形成绿色滤光材料。这是其中一轮颜色图形,并不是完整阵列的最终状态。流程随后还要完成其他颜色,再构建上方光学层。
图中可以观察绿色滤光材料的保留位置,不能据此读取透射率,也不能把它当作红、绿、蓝全部完成的状态。
Process checkpoint · 工艺坐标
理解 Color Filter - Green, Coat/Expose/Develop/Bake 的工艺作用
区分像素光学堆栈中的分色、表面准备与光线引导。
与「彩色滤光片、透明平坦层与微透镜:BSI 像素里三种不同的工作」相关的流程位置:40nm BSI CMOS Image Sensor · CFA · Step 368
像素光学:分色、平坦化与聚光透明基底层准备表面,同时仍处于光路中
不同颜色的图形会留下高度差与间隙。第 376 步通过透明涂层改善滤光阵列上方的平坦度,为后续透镜图形提供起始表面。若基底起伏直接传递到上层,透镜形状就可能同时受设计图形与下方地形影响。
透明不等于在光学上不存在。光仍要经过这层材料,因此它的光学性质和几何关系会与上下层共同影响传播。它在此处区别于滤光片的主要职责,是准备透镜形成的基底,而不是选择某一种颜色。
比较这一站与前图的上表面。两站之间已经完成了其他颜色工序,不能将此图理解为绿色滤光图形之后紧接着的下一步。
回流改变的是能够折射光线的表面形状
透镜图形化后,聚合物岛仍有较明显的边缘。第 378 步通过回流,使这些图形形成平滑曲面。表面张力与黏性流动驱动形状变化,形成的折射表面随后可把入射光引向预期感光区域。
曲面是图中可见的结构变化。这张图不是光线追迹计算,不能据此判断集光效率。透镜、滤光片与感光区域之间的对准关系仍然重要,透镜不能补偿光学堆栈中的所有错位。
沿着工作交接读流程
| 结构 | 交付的作用 | 图上观察位置 |
|---|---|---|
| 彩色滤光片 | 让选定像素具有不同光谱响应 | 图形化滤光材料的位置 |
| 透明基底层 | 为透镜形成提供较平坦的起始表面 | 滤光阵列上方的表面 |
| 微透镜 | 改变入射光的传播方向 | 上方曲面及其相对位置 |
这条三站对比省略了其他颜色和透镜图形化工序,用来解释从分色、表面准备到光线引导的交接,不代表完整制造顺序。
可以用一个问题检验理解:若顶部透镜很平滑,但下方滤光片错位,哪项工作完成了,哪项仍有问题?表面形状正确,本身不足以证明分色与对准都正确。
来源步骤
参考来源
A Review of the Pinned Photodiode for CCD and CMOS Image Sensors
E. Fossum, Donald B. Hondongwa · IEEE Journal of the Electron Devices Society
Microlens array production in a microtechnological dry etch and reflow process for display applications
T. Knieling, M. Shafi, W. Lang, W. Benecke