图像传感器、制备方法、成像方法及电子设备与流程

1.本发明属于图像传感器制造及成像技术领域，特别是涉及一种图像传感器、制备方法、成像方法及电子设备。


背景技术：

2.图像传感器是利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。根据元件的不同，可以分为ccd(电荷耦合元件)和cmos(金属氧化物半导体元件)两大类。随着cmos图像传感器(cis)设计及制造工艺的不断发展，cmos图像传感器逐渐取代ccd图像传感器已经成为主流。其中，cmos图像传感器可以分为fsi(front side illumination，前照式)和bsi(back side illumination，背照式)两类。
3.然而，在一些应用中，cmos图像传感器需要拍摄动态范围较大的场景，以在低光条件到亮光条件均得到清晰的图像。在另外一些时候，需要拍摄一些光源闪烁的照片或者视频，例如，拍摄具备交通信号灯的场景，cmos图像传感器中的至少一部分像素需要进行长时间的曝光以免疫某些光源的闪烁(lfm，light flicker mitigation)；同时，在此场景下，长时间曝光的像素不能过曝，因此，需要图像传感器具有较大的动态范围。
4.因此，如何提供一种图像传感器、制备方法、成像方法及电子设备，以解决现有技术中的上述问题实属必要。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种图像传感器像素结构、制备方法、成像方法及电子设备，用于解决现有技术中图像传感器动态范围难以得到有效提升以及具有光源闪烁的照片或者视频难以有效获取等问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种图像传感器，包括：
7.第一类像素，所述第一类像素包括第一感光区；
8.第二类像素，所述第二类像素包括第二感光区，且所述第一类像素与所述第二类像素之间具有间隔区；以及
9.调制功能层，至少包括遮光部，所述遮光部位于所述第一类像素上以遮挡入射光；
10.基于所述调制功能层，入射光进入所述第二类像素对应的区域并产生衍生光，所述衍生光至少经由所述间隔区进入所述第一类像素，其中，所述第一感光区接收所述衍生光以产生第一信号，所述第二感光区接收所述入射光以产生第二信号，且同一所述第一类像素对应的各所述第二类像素响应于同种类型的光信号。
11.可选地，所述第一类像素的侧面由若干个入光表面构成，所述衍生光至少经由所述入光表面进入所述第一类像素的所述第一感光区，其中，各所述入光表面与所述第二类像素或其他所述第一类像素一一对应。
12.可选地，所述第二类像素为所述第一类像素的最近邻像素，至少同一所述第一类像素对应的各所述第二类像素覆盖同一种滤色器，以使得各所述第二类像素响应同种类型
的光信号。
13.可选地，所述图像传感器还包括第三类像素，所述第三类像素与所述第一类像素之间的对应面积小于所述第二类像素与所述第一类像素之间的对应面积的1/10，或者，所述第三类像素与所述第一类像素之间间隔设置。
14.可选地，所述图像传感器包括若干个像素单元，每一所述像素单元包括若干个所述像素子单元，每一所述像素子单元包括至少一个所述第一类像素及至少一个所述第二类像素。
15.可选地，所述图像传感器还包括若干个滤色单元层，所述滤色单元层与所述像素子单元一一对应，其中，所述滤色单元层位于所述第二类像素上或者同时覆盖所述第一类像素及所述第二类像素上，所述像素单元基于与各所述像素子单元对应的所述滤色单元层获取对应类型的光信号，以基于所述像素单元获取对应的图像信号。
16.可选地，所述像素单元至少包括响应红光的第一像素子单元、响应绿光的第二像素子单元及响应蓝光的第三像素子单元，且各像素子单元分别对应包括第一遮光部、第二遮光部、第三遮光部，所述像素单元中不同所述像素子单元的所述第一类像素的尺寸相同，其中，所述第一遮光部的尺寸大于所述第二遮光部的尺寸大于所述第三遮光部的尺寸，或者，不同所述像素子单元的遮光部的尺寸相同，且所述遮光部的尺寸大于、小于或等于对应的所述第一类像素的尺寸。
17.可选地，所述第二遮光部的尺寸与对应的所述第一类像素的尺寸相同，所述第一遮光部的尺寸不大于所述第二遮光部尺寸的120％，所述第三遮光部的尺寸不小于所述第二遮光部尺寸的70％。
18.可选地，所述像素子单元中像素的排布方式包括：所述像素子单元包括中心区及环绕所述中心区的外围区，所述第一类像素位于所述中心区，所述第二类像素至少位于所述外围区；或者，所述像素子单元包括边缘区，所述第一类像素位于所述边缘区，且位于所述边缘区的第一类像素具有显露的入光接触部，所述入光接触部与相邻像素子单元位于所述边缘区的第一类像素相接触。
19.可选地，所述像素单元包括四个所述像素子单元，所述像素子单元的排布方式包括：所述像素子单元的像素构成3
×
3结构，所述第一类像素位于中心，所述第二类像素位于四周；或者，所述像素子单元的像素构成2
×
2结构，所述第一类像素位于一角部，所述第二类像素位于其余位置；或者，所像素子单元的像素构成改进2
×
2结构，所述第一类像素位于中心且具有四个受光侧面，四个所述第二类像素位于所述第一类像素的周围且与四个所述受光侧面一一对应。
20.可选地，所述像素结构还包括辅助调制结构，所述辅助调制结构至少设置在所述第二类像素远离所述入射光的一侧，穿过所述第二类像素的入射光经由所述辅助调制结构调制进入所述第一类像素以得到调制光，所述第一类像素基于所述调制光及所述衍生光得到所述第一信号。
21.可选地，所述图像传感器还包括中间调制过渡层，位于所述基底与所述调制功能层之间。
22.可选地，所述中间调制过渡层的厚度大于20nm。
23.可选地，所述中间调制过渡层的材质为单层氧化物过渡层或多种氧化物构成的叠
层。
24.可选地，所述遮光部的遮光率大于98％。
25.可选地，所述第一类像素与所述第二类像素的形状及尺寸相同且二者呈周期性阵列分布。
26.可选地，所述调制功能层还包括导光部，所述导光部对应位于所述间隔区上，以使得所述调制功能层具有若干个与所述第二类像素对应的入光口，所述入射光经由所述入光口进入所述第二类像素区。
27.可选地，由所述导光部及所述遮光部构成的所述调制功能层为基于同一工艺形成的结构。
28.可选地，所述遮光部的材质包括钨、铝、钛、氮化钛、钽以及氮化钽中的至少一种。
29.可选地，所述导光部的材料包括钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽以及折射率小于相邻所述导光部之间填充材料层的折射率的材料中的至少一种。
30.另外，本发明还提供一种如上述方案中任意一项所述的图像传感器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
31.提供基底；
32.在所述基底中制备所述第一类像素、所述第二类像素及所述间隔区；
33.在所述基底上制备所述调制功能层。
34.可选地，当所述调制功能层还包括所述导光部时，所述调制功能层的制备步骤包括：
35.在所述基底上沉积初始阻挡材料层；
36.在所述初始阻挡材料层上制备掩膜层；以及
37.基于所述掩膜层图形化所述初始阻挡材料层，以同时得到所述遮光部及所述导光部。
38.可选地，当所述调制功能层还包括所述导光部时，所述调制功能层的制备步骤包括：
39.在所述基底上沉积初始阻挡材料层；
40.在所述初始阻挡材料层上制备导光刻蚀掩膜层；
41.基于所述导光刻蚀掩膜层图形化所述初始阻挡材料层，以得到所述导光部及若干个与所述基底中的像素对应的开口，所述开口包括所述入光口；以及
42.沉积遮光材料，以填充与所述第一类像素对应的开口得到所述遮光部。
43.可选地，所述制备方法还包括制备完成所述调制功能层后依次制备滤光阵列及微透镜。
44.另外，本发明还提供一种基于上述方案中任意一项所述的图像传感器的成像方法，所述成像方法包括如下步骤：控制所述第一类像素具有第一曝光时间，所述第二类像素具有第二曝光时间，且所述第一曝光时间大于所述第二曝光时间。
45.可选地，所述第二曝光时间大于所述第一曝光时间的1/100。
46.另外，本发明还提供一种电子设备，包括上述方案中任一项所述的图像传感器。
47.如上所述，本发明的图像传感器及其制备方法，基于所述图像传感器的电子设备及成像方法至少具有如下有益效果：
48.本发明设计上方设有遮光部的第一类像素以及上方不具有遮光部可以受光的第二类像素，基于第二类像素的衍生光作为第一类像素的响应光，并且，同一第一类像素对应的各第二类像素响应于同种类型的光信号，从而使得第一类像素接收到相同类型的衍生光，以产生第一信号，同时，第二类像素基于入射光产生第二信号，从而可以基于第一类像素的第一信号和第二类像素的第二信号获取有效的图像信号，以提高图像的动态范围，并可以基于上述信号有效实现具有光源闪烁的照片或者视频的获取。另外，基于本发明的设计，可以实现遮光部与导光部的同时制备，实现第一类像素和第二类像素的光信号的调制，并可以有效防止不同类型光信号之间的串扰，可以简化制备工艺，提高效率。
附图说明
49.图1显示为本发明实施例中提供的一图像传感器结构系统框架图。
50.图2显示为本发明实施例一中提供的图像传感器像素结构制备的工艺流程图。
51.图3-17显示为本发明实施例一图像传感器像素结构制备中各步骤得到结构的示意图。
52.图18-20显示为本发明实施例二图像传感器像素结构制备中各步骤得到结构的示意图。
53.图21-28显示为本发明实施例三提供的基于第一类像素和第二类像素设计的像素单元中各像素子单元及其对应的像素的排布示意图。
54.元件标号说明
55.101基底
56.101a第一面
57.101b第二面
58.101c减薄后表面
59.102第一隔离结构
60.103第一类像素
61.103a第一感光区
62.103b第一类像素传输栅
63.104第二类像素
64.104a第二感光区
65.104b第二类像素传输栅
66.105互连层
67.106支撑衬底
68.107减薄后基底
69.108第二隔离结构
70.109间隔区
71.110过渡层
72.111初始阻挡层
73.111a入光口
74.112、201遮光部
75.113导光部
76.114介质层
77.115滤光单元层
78.116微透镜
79.117辅助调制结构
80.202调制功能层
81.300、400、500、600像素单元
82.301、302、303、304、401、402、像素子单元
83.403、404、501、502、503、504、
84.601、602、603、604
85.s1～s3步骤
具体实施方式
86.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
87.为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。另外，本发明中使用的“介于
……
之间”包括两个端点值。在本技术的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
88.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。
89.以下结合本发明给出的各个附图对本发明提出的内容进行详细的说明。
90.图1显示为一图像传感器系统基本结构框图。如图1中所示，图像传感器包括连接到像素阵列的读出电路和控制电路，功能逻辑单元连接到读出电路，对像素电路的读取进行逻辑控制；读出电路和控制电路连接到状态寄存器，实现对像素阵列的读取控制。像素阵列包括按行(r1，r2，r3
…
ry)和列(c1，c2，c3
…
cx)排布的多个像素，像素阵列输出的像素信号经列线输出至读出电路。在一个实施例中，每一像素获取图像数据后，图像数据采用状态寄存器指定读出模式的读出电路读出，然后传输到功能逻辑单元。在具体应用中，读出电路可包括模数转换(adc)电路，放大电路及其他。在某些应用实施例中，状态寄存器可包含有
程序化选择系统用以确定读出系统是通过滚动曝光模式(rolling shutter)或是全局曝光模式(global shutter)读出。功能逻辑单元可仅存储图像数据或通过图像效果应用或处理的图像数据。在一应用例中，读出电路可沿读出列线一次读出一行图像数据，或者可采用各种其他方式读出图形数据。控制电路的操作可通过状态寄存器的当前设置确定。例如，控制电路产生一快门信号用于控制图像获取。在某些应用例中，此快门信号可以是一全局曝光信号使得像素阵列的所有像素通过单一获取窗口同时获取其图像数据。在某些其他应用例中，此快门信号可以是一滚动曝光信号，每一像素行通过获取窗口连续实现读取操作。
91.然而，现有技术中，在一些应用中，cmos图像传感器需要拍摄动态范围较大的场景，以在低光条件到亮光条件均得到清晰的图像。在另外一些时候，需要拍摄一些光源闪烁的照片或者视频，如，拍摄具备交通信号灯的场景。目前难以有效解决。而本发明基于对像素结构等的设计，可以获取不同的光信号，获得高动态范围的图像传感器，有效解决上述问题。
92.其中，图2-20显示为本发明的图像传感器制备工艺流程图及制备过程中各步骤得到结构的截面示意图。图21-28显示为本发明图像传感器像素结构排布不同示例的俯视示意图。
93.下面将在不同实施例中进行具体阐述。
94.实施例一：
95.请参阅图2-17所示，本实施例一提供一种图像传感器的结构及其制备方法，其中，请参见图15-17所示，显示为本发明所提供的图像传感器结构，其包括：
96.包括第一感光区103a的第一类像素103；包括第二感光区104a的第二类像素104；且所述第一类像素103与所述第二类像素104之间具有间隔区109；另外，所述图像传感器结构还包括调制功能层，所述调制功能层至少包括位于所述第一类像素103上的遮光部112。
97.其中，基于所述调制功能层，所述遮光部112位于所述第一类像素103上以遮挡入射光，因而入射光无法进入第一类像素，而入射光会进入没有遮光部遮挡的所述第二类像素104。另外，所述第二类像素104对应区域(可以是所述第二类像素及其上方区域)的入射光产生衍生光，所述衍生光至少经由所述间隔区进入所述第一类像素103。
98.需要说明的是，本发明中第一类像素是指上方形成有所述遮光部的一类像素，所述第二类像素是指上方没有形成所述遮光部且可以为对应的第一类像素提供光源(入射光入射后产生的衍生光)的像素。另外，对于所述衍生光，可以是入射光进入所述第二类像素后，像素内发生如入射光的衍射，衍射的光进入所述第一类像素，这部分衍射光构成所述衍生光。此外，所述衍生光还可以是进入所述第二类像素的入射光，在进入所述第二类像素之前便从第一类像素和第二类像素之间的间隔区或者所述间隔区向上延伸的区域进入了所述第一类像素，该部分光也构成所述衍生光，进入所述第一类像素以得到所述第一信号。
99.基于本发明的上述设计，得到的衍生光作为第一类像素103的光信号，所述第一感光区103a接收所述衍生光以产生第一信号；入射光作为第二类像素104的光信号，所述第二感光区104a接收所述入射光以产生第二信号，且同一所述第一类像素103对应的各所述第二类像素104响应于同种类型的光信号，第一类像素与对应的第二类像素具有一致的光谱线。
100.另外，还需要说明的是，此处“同种类型的光信号”可以是指经过相同的滤色器之
后获得的相同颜色的光，如同一个第一类像素周围均为上方设有红色滤色器的第二类像素，从而这些第二类像素响应红光，对应的该第一类像素也响应衍生得到的红光信号。此外，还可以是设有绿色滤光器、蓝色滤光器、红外滤光器或者不设置任何颜色的滤光器，采集可见光信号。当然，“同种类型的光信号”还可以是依据实际需求对第二类像素进行的其他设定。
101.从而，基于上述设计，本发明的图像传感器结构可以基于第一类像素及第二类像素获取不同的光信号，第一类像素仅利用第二类像素的衍生光获取图像信息，从而可以基于不同的信号提高图像传感器的动态范围，还可以适用于具有闪烁光源的图像的获取。
102.下面将结合附图详细说明本发明的图像传感器结构及制备方法。需要说明的是，图2中所示顺序并不代表所有本发明所保护的图像传感器像素结构的制备顺序，本领域技术人员可以依据实际工艺步骤进行改变。图2仅示出了本发明的一种示例。
103.首先，如图2中的s1及图3所示，进行步骤s1，提供基底101。
104.具体的，所述基底101可以是图像传感器领域任意用于制备图像传感器各个功能区的结构，如基于所述基底101制备cmos图像传感器的感光元件及各个控制晶体管。其中，所述基底101可以是单层材料层构成的结构，包括但不限于硅衬底，各个区中的元件制备在硅衬底中，可以是单晶硅、单晶锗、多晶硅、非晶硅，还可以是硅锗化合物等。
105.另外，所述基底101还可以为两层及以上材料层构成的叠层结构，各个区域制备在其中任意需求层中。例如，所述基底101包括硅衬底以及在硅衬底上形成的外延层(epi)，感光元件及各个控制晶体管等制备在所述外延层中，如可以基于上述结构制备背照式(bsi)图像传感器。另外，所述基底101也可以是绝缘体上硅(silicon on insulater，soi)。此外，所述基底101还可以是具有n型掺杂或者p型掺杂的结构，以器件满足功能需求。
106.请参阅图3所示，在一示例中，所述基底101具有相对的第一面101a和第二面101b。在一可选示例中，所述第一面101a和所述第二面101b可以是基底相对的正面和背面构成，如，硅衬底的正面和背面。在其他示例中，还可以是，所述第一面101a由在衬底上形成的外延层的一表面构成，所述第二面101b由衬底远离所述外延层的另一表面构成。
107.接着，如图2中的s2及图4-7所示，进行步骤s2，在所述基底101中制备第一类像素103、第二类像素104及二者之前的间隔区109。其中，所述第一类像素103包括第一感光区103a，所述第二类像素104包括第二感光区104a。
108.具体的，所述第一类像素103和所述第二类像素104可以为传统的图像传感器芯片中的像素(pixel)。其中，所述第一感光区103a和所述第二感光区104a可以接收光信号并产生光电子。在一示例中，所述第一感光区103a和所述第二感光区104a包括光电二极管，可以基于所述光电二极管构成pp(passive pixel)、ap(active pixel)、ppd(pinned photodiode pixel)等像素结构，当然，所述第一感光区103a和所述第二感光区104a还可以是其他可以将光信号转换为电信号的结构。
109.另外，所述第一类像素103和所述第二类像素104还可以包括其他晶体管结构等，如与所述光电二极管形成电性连接的场效应晶体管。例如，以所述第一类像素103为例，所述第一类像素103还可以包括具有传输栅103b的传输晶体管tx。在另外的示例中，所述第一类像素103中还形成有浮置扩散节点fd，当然，还可以包括其他的场效应晶体管，如复位晶体管rst、源极跟随晶体管sf以及行选择晶体管rs等，以形成3t、4t、5t等像素结构。其中，上
述各晶体管的类型本实施例中均选择为n型，可以理解的，在其实施方式还可以是p型。同理，所述第二类像素104也可以具有类似设置，如具有传输栅104b。另外，所述第一类像素103和所述第二类像素104的数量以及内部晶体管的数量及排布均可依实际需求设计，在此并不过分限制。
110.请参阅图4-7所示，在一具体示例中，提供一种具体的所述第一类像素103、所述第二类像素104及所述隔离区109的制备方法，图中以背照式cmos图像传感器工艺为例进行说明。当然，本发明的结构设计也可以应用于现有的前照式图像传感器中，在此不再赘述。
111.下面对各执行步骤及执行步骤中得到的结构进行说明：
112.首先，如图4所示，在所述基底101中制备第一隔离结构102，所述第一隔离结构102隔离各个像素。如，可以是所述第一隔离结构102位于相邻的所述第一类像素103与第二类像素104之间，当然，还可以是位于相邻的所述第一类像素103与第一类像素103之间，也可以是位于相邻的所述第二类像素104与第二类像素104之间，以实现像素之间的隔离。
113.作为示例，所述第一隔离结构102可以是的sti(shallow trench isolation，浅沟槽隔离)结构，在其他示例中，还可以离子注入区，基于离子注入区形成电势差实现隔离，如可以是p型掺杂区。其中，所述第一隔离结构102可以采用现有的sti或离子注入工艺制备。
114.在一示例中，所述第一隔离结构102及各晶体管自所述基底101的第一面101a一侧制备。
115.另外，继续参见图4所示，形成所述第一隔离结构102之后，还包括在各个第一隔离结构之间的基底中制备各个晶体管的步骤，如n型mos管，以制备得到完整的像素电路元件。图中仅示出第一类像素103对应的传输栅103b及第二类像素104对应的传输栅104b。
116.接着，如图5所示，还包括继续在所述基底101上形成互连层105及支撑衬底106的步骤。在一示例中，继续在所述基底101的第一面101a上制备所述互连层及支撑衬底。
117.具体的，所述互连层105和所述支撑衬底106可以采用现有结构及工艺制备，基于所述互连层105可以实现各个晶体管的互连等，如所述互连层105可以包括金属层和介质层。另外，基于支撑衬底106可以在基底101翻转后提供支撑，继续完成图像传感器的制备，还可以采用本领域常用手段在所述支撑衬底106中设置需要的逻辑电路。当然，在形成所述互连层105和所述支撑衬底106之前还可以包括对基底101的第一面101a进行处理或者在所述第一面101a上形成需要材料层的步骤，均在本发明的保护范围之内。
118.接着，如图6所示，翻转所述基底101，以在另一面执行其他步骤。在一示例中，翻转所述基底101后，所述第二面101b朝上，所述第一面101a朝下，继续在所述第二面101b的一侧进行图像传感器其他结构的制备，如，通过上述步骤得到背照式图像传感器。
119.具体的，翻转所述基底101后，还可以包括对所述基底101进行减薄的步骤，得到减薄后基底107，形成减薄后表面101c。其中，在一示例中，经过该减薄步骤，定义出所述第一感光区103a及所述第二感光区104a的深度，所述减薄后表面101c的一部分分别构成所述第一感光区103a及所述第二感光区104a的一个表面，如，背照式图像传感器的受光面。
120.作为示例，所述第一感光区103a及所述第二感光区104a的深度相同，所述第一隔离结构102的深度小于二者的深度，减薄后所述第一隔离结构102远离第一面101a的端部与减薄后表面101c之间仍具有间距。另外，所述第一感光区103a和所述第二感光区104a的其他方向的尺寸也可以相同，从而得到具有相同结构的所述第一感光区和所述第二感光区。
121.进一步可选示例中，所述图像传感器的各个像素形状相同，且各处尺寸相同，如各像素俯视图均为边长相等的正方形形状，从而形成若干个呈周期性阵列排布的像素阵列。
122.接着，如图7所示，还包括在翻转后基底101中制备第二隔离结构108的步骤，所述第二隔离结构108与所述第一隔离结构102一一对应，以形成位于相邻像素(如所述第一类像素103和所述第二类像素104)之间的所述隔离区109。在一示例中，形成同一所述隔离区109的所述第一隔离结构102和所述第二隔离结构108的中心轴重合。
123.在一示例中，所述第二隔离结构108可以为背面深沟槽隔离结构(bdti)，可以采用现有工艺制备。另外，所述第二隔离结构108还可以进一步贯穿所述减薄后基底107。
124.最后，如图2中的s3及图8-13所示，执行步骤s3，在所述基底上制备所述调制功能层，调制功能层至少包括遮光部112，所述遮光部112位于所述第一类像素103上，以遮挡入射光，阻止入射光进入所述第一类像素103中。
125.作为示例，如图10所示，所述调制功能层还包括导光部113，所述导光部113对应位于所述间隔区109上，所述导光部110及所述遮光部112形成若干个与所述第二类像素104对应的入光口111a，所述入射光经由所述入光口111a进入所述第二类像素104。
126.作为一示例，请参阅图9-10所示，提供一种所述调制功能层的形成方法：
127.如图9所示，首先，在所述基底上沉积初始阻挡材料层111，本领域技术人员可以理解的是，此时基底为减薄后基底107；接着，在所述初始阻挡材料层111上制备掩膜层(图中未示出)，可采用现有光刻工艺制备所述掩膜层；如图10所示，最后，基于所述掩膜层图形化所述初始阻挡材料层111，以同时得到所述遮光部112及所述导光部113。
128.具体的，所述遮光部112用于遮挡射向所述第一类像素103的入射光，所述导光部113形成在间隔区上并形成入光口，入射光基于此进入所述第二类像素104，并且，所述导光部113还可以防止相邻像素之间入射光的串扰(crosstalk)。
129.作为示例，所述遮光部112的遮光率大于98％，例如，可以为99％或100％遮光。
130.在一示例中，所述调制功能层(包括所述遮光部112及所述导光部113)可以采用现有的金属格栅，即，基于现有的金属格栅的制备工艺同时完成所述遮光部112及所述导光部113的制备，在调制光线的同时极大的简化工艺。
131.作为示例，所述遮光部的材质包括钨、铝、钛、氮化钛、钽以及氮化钽中的至少一种，可以是上述任意一种材料形成的材料层，也可以是上述不同材料形成材料层所构成的叠层。
132.另外，所述导光部的材质包括钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽以及折射率小于相邻所述导光部之间填充材料层的折射率的材料中的至少一种，可以是上述任意一种材料形成的材料层，也可以是上述不同材料形成材料层所构成的叠层。其中，在一示例中，所述导光部113的材料为折射率小于相邻所述导光部113之间填充材料层的折射率的材料，可以是所述导光部113的折射率小于填充在相邻导光部之间的滤光器(cf，color filter)的折射率，如，所述导光部113可以为si-al-o形成的化合物所构成的材料层。
133.请参阅图8所示，作为示例，所述图像传感器还包括中间调制过渡层110，位于所述基底与所述调制功能层之间。
134.作为示例，所述中间调制过渡层110的厚度大于20nm，如，可以为30nm、50nm、100nm，以利于基于实际需求允许一部分入射光自间隔区上方的这一部分过渡层进入第一
类像素。
135.作为示例，所述中间调制过渡层的材质为单层氧化物过渡层或多种氧化物构成的叠层，例如，可以为单层氧化硅结构层，当然，还可以是两种及其以上的氧化物层的叠层。
136.其中，所述过渡层110可以采用现有的原子层沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、热氧化工艺制备。
137.请参阅图11和图12所示，作为示例，对于某一所述第一类像素103及位于其上方与其对应的遮光部112而言，且所述遮光部112的尺寸大于、小于或等于对应的所述第一类像素103的尺寸。可以通过灵活调节所述遮光部与对应第一类像素的尺寸，可以利于依据需求得到需要的衍射光入光量。
138.在一示例中，在所述基底101的表面所在平面内定义一方向，所述第一类像素103外围的所述隔离区109中心轴之间的距离定义为该方向所述第一类像素的尺寸l2，另外，该平面内，所述遮光部112的边缘对应该方向的距离定义为所述遮光部的尺寸l1，其中，所述遮光部112的尺寸大于(如图11所示)、小于(如图12所示)或等于(图中未示出)对应的所述第一类像素103的尺寸。需要说明的是，以大于为例，是指所述遮光部在所述基底表面所在的平面内各个方向的尺寸均大于所述第一类像素的尺寸，例如，所述第一类像素的俯视图形状为正方形，所述遮光部的俯视图形状也为正方形，且二者的中心重合，所述遮光部的边长大于所述第一类像素的边长。该描述同样适用于小于的情况。另外，此处所述的等于是指所述遮光部的外缘与下方对应的第一类像素外围的间隔区的中心轴线位置对应重合。
139.请参阅图13-16所示，所述图像传感器像素结构还包括滤色单元层115及及微透镜(micro lenses)116。其中，所述滤色单元层115可以为现有的滤光阵列(colorfilterarray)，采用现有的彩色滤光片的制备工艺制备得到，所述微透镜116可以采用现有微透镜工艺制备。
140.需要说明的是，所述滤光单元层115是指允许一种颜色的光透过，从而基于对应像素获得该颜色光信号，即为上文提到的滤色器。作为示例，所述滤光单元层115可以是只透过红光，可以是只透过绿光，可以是透过蓝光，还可以是只透过红外光。另外，在其他示例中，还可以不具有所述滤光单元层115，从而是的各个第二类像素通过可见光。
141.请参阅图14所示，在一示例中，形成所述调制功能层后，在所述第二类像素104上方的所述入光口111a位置对应填充介质层114，再在所述介质层114及所述调制功能层上制备所述滤色单元层，所述介质层114的材料包括但不限于氧化硅。另外，在另一可选示例中，如图16所示，可以是所述调制功能层制备完成之后，在所述第二类像素104上方的所述入光口111a中直接制备所述滤光单元层115，从而使得所述滤光单元层115形成在导光部和遮光部限定的空间中，进一步有利于防止相邻像素光信号的串扰(crosstalk)。
142.另外，在一示例中，如图15和图16所示，所述微透镜116与像素一一对应设置，例如，每一所述第一类像素103对应一个微透镜116，每一所述第二类像素104对应一个微透镜116，当然，也可以是其他微透镜布置方式，如4个像素共用同一个微透镜。
143.请参阅图17所示，作为示例，所述像素结构还包括辅助调制结构117，所述辅助调制结构117至少设置在所述第二类像素104远离所述入射光的一侧，例如，所述辅助调制结构117设置在所述互连层105中，可以是在制备第一层金属互连层时同时制备所述辅助调制结构117，当然也可以采用其他方式制备。其中，穿过所述第二类像素104的入射光经由所述
辅助调制结构117调制进入所述第一类像素以得到调制光，例如，可以是经过所述辅助调制结构117之后形成的反射光，所述第一类像素基于所述调制光及所述衍生光得到所述第一信号。
144.作为示例，所述辅助调制结构117可以是连续对应覆盖在所述第二类像素对应的位置，还可以是所述辅助调制结构117包括若干个辅助调制单元，各所述辅助调制单元间隔排布，以实现对入射光的进一步反射，其数量及排布方式均可依据实际需求设计。
145.作为示例，提供一种第一类像素103的设计，所述第一类像素103的侧面由若干个入光表面构成，所述衍生光经由所述入光表面进入所述第一类像素的所述第一感光区，其中，各所述入光表面与所述第二类像素或其他所述第一类像素一一对应。
146.也就是说，所述第一类像素103的侧面与获取同种类型光信号的第二类像素对应，或者与另外一个第一类像素对应，当与另外的第一类像素对应时，该另外的第一类像素由于不直接受光，难以再有衍射光进入与其相邻的第一类像素，使得只有第二类像素的衍生光进入该第一类像素，也没有其他类型的光信号的进入，有利于基于第一类像素有效地获取第一信号。
147.进一步示例中，所述第二类像素为所述第一类像素的最近邻像素，且至少同一所述第一类像素对应的各所述第二类像素覆盖同一种滤色器，以使得各所述第二类像素响应同种类型的光信号。其中，最邻近的像素可以是指，重心与第一类像素重心之间的距离最小的像素。在一可选示例中，所述第一类像素和所述第二类像素的形状尺寸均相同，第一类像素的最近邻像素指的是该像素中心与第一类像素中心的距离最小的像素。例如，对于呈周期性排布的正方形像素，其3
×
3结构中，共有9个像素，中心正方形的四个边所述对应的4个像素为最近邻像素，正方向四个顶角所对应的4个像素不是最近邻像素。
148.作为示例，所述图像传感器还包括第三类像素，所述第三类像素与所述第一类像素之间的对应面积小于所述第二类像素与所述第一类像素之间的对应面积的1/10，例如，所述第三类像素与所述第一类像素之间的对应面积可以为所述第二类像素与所述第一类像素之间的对应面积的1/20、1/50、1/100、1/200等；或者，所述第三类像素与所述第一类像素之间间隔设置。从而使得所述第一类像素获取所述第二类像素的衍生光产生第一信号的过程中不受第三类像素的影响。
149.也就是说，该示例中，图像传感器像素阵列中，第一类像素上方具有遮光部，第二类像素和第三类像素的上方不设置遮光部，并且，第二类像素产生进入第一类像素的衍生光，第三类像素不能产生进入第一类像素的衍生光，或者产生极少量不影响第一信号的获取。
150.在一具体示例中，第一类像素的侧面由若干个所述入光表面构成，其中，相邻所述入光表面之间边界(一条线)对应的像素为所述第三类像素，可以认为所述第三类像素与所述第一类像素之间的对应面积为0。例如，对于呈周期性排布的正方形像素，其3
×
3结构中，共有9个像素，中心正方形的四个边对应四个入光表面，四个入光表面对应的为所述第二类像素，正方向四个顶角所对应的4个像素为所述第三类像素。
151.实施例二：
152.如图18-20所示，本实施例提供另外一种图像传感器像素结构及制备方法，其中，本实施例二与实施例一的不同在于调制功能层的制备方法与实施例一不同，其他的制备步
骤及像素结构的各个材料层可以参见实施例一中的描述，在此不再赘述。
153.其中，请参阅图18-19所示，本实施例二中的所述调制功能层的形成方法包括如下步骤：
154.首先，如图18所示，在实施例一中在基底上沉积初始阻挡材料层111之后，本实施例二在所述初始阻挡材料层11上制备导光刻蚀掩膜层(图中未示出)；并基于所述导光刻蚀掩膜层图形化所述初始阻挡材料层，以得到所述导光部113及对应的所述入光口111a；该步骤中，在每一所述间隔区109上均对应形成所述导光部113，第一类像素103上的初始阻挡材料层111也被刻蚀掉；接着，如图19所示，在所述第一类像素103上沉积遮光材料，以得到所述遮光部201，从而得到所述调制功能层202，即所述遮光部与所述导光部也可分步制备。
155.另外，如图20所示，还包括采用实施例一所描述的工艺制备滤光单元层及微透镜的工艺。
156.实施例三：
157.请参阅图21-28所示，本实施例三提供基于实施例一和实施例二提供的所述第一类像素及所述第二类像素的像素结构的排布方式。其中，本实施例三中像素结构各材料层的特征及描述参见实施例一和实施例二，在此不再赘述。
158.作为示例，所述像素结构包括若干个像素单元，每一所述像素单元包括若干个所述像素子单元，每一所述像素子单元包括至少一个所述第一类像素及至少一个所述第二类像素。
159.在一示例中，如图21-24所示，所述像素结构包括若干个像素单元300，所述像素单元300包括若干个像素子单元，图中显示包括四个像素子单元301、302、303、304。其中，以像素子单元301为例，包括1个第一类像素301a及8个第二类像素301b，所述像素子单元的像素构成3
×
3结构，所述第一类像素301a位于中心，所述第二类像素301b位于四周。另外，本领域技术人员可以理解的是，第一类像素301a被第一遮光部301c遮挡，其他示例同理。
160.在另一示例中，如图25所示，所述像素结构所述像素结构包括若干个像素单元400，所述像素单元400包括若干个像素子单元，图中显示包括四个像素子单元401、402、403、404。其中，以像素子单元401为例，包括1个第一类像素401a及4个第二类像素401b。可以认为所像素子单元的像素构成改进2
×
2结构，所述第一类像素位于中心且具有四个受光侧面，四个所述第二类像素位于所述第一类像素的周围且与四个所述受光侧面一一对应。在一可选示例中，可以是认为是，如果去除所述第一类像素401a，则其他四个所述第二类像素401b的斜边继续延伸后形成一个2
×
2结构的第二类像素阵列，参见图25中延伸的虚点线所述，各第二类像素401b延伸后具有一共同交点m，该交点m同时为第一类像素的中心。进一步可选示例中，第二类像素延伸后形成的正方形的边长大于正方形的第一类像素的边长。
161.在又一示例中，如图26-27所示，所述像素结构包括若干个像素单元500，所述像素单元500包括若干个像素子单元，图中显示包括四个像素子单元501、502、503、504。其中，以像素子单元501为例，包括1个第一类像素501a及3个第二类像素501b。所述像素子单元的像素构成2
×
2结构，所述第一类像素位于一角部，所述第二类像素位于其余位置
162.在再一示例中，如图28所示，所述像素结构包括若干个像素单元600，所述像素单元600包括若干个像素子单元，图中显示包括四个像素子单元601、602、603、604。以像素子单元601为例，包括2个第一类像素601a及14个第二类像素601b，形成4
×
4结构。
163.请继续参阅图21-28所示，并结合参阅图17，作为示例，所述像素结构还包括若干个滤色单元层115，所述滤色单元层115与所述像素子单元(如像素子单元301、302)一一对应，其中，所述像素单元基于各所述像素子单元获取对应类型的光信号，以基于所述像素单元获取对应的图像信号。例如，以图21所示示例为例进行说明，像素单元300而言，像素子单元301上方覆盖可以透过红光的滤色色单元层，即红光可通过滤光器(color filter)，从而可以基于像素子单元301获得红光信号，同理，可以基于像素子单元302、303获得绿光信号，可以基于像素子单元304获得蓝光信号。
164.作为示例，所述滤色单元层115位于所述第二类像素上或者同时覆盖所述第一类像素及所述第二类像素。请继续参阅图21中的示例，在另一示例中，对于像素子单元301而言，可以是所述滤色单元层115包括若干个滤色子单元，各个滤色子单元与各个像素一一对应，进一步，该示例中可以是仅在所述第二类像素301b上方制备滤色子单元。
165.在另一示例中，对于像素子单元301而言，所述滤色单元层115还可以是整体覆盖在各个像素上，即，所述滤色单元层115与各个像素子单元一一对应，该示例中，所述滤色单元层同时覆盖一个像素子单元的所述第一类像素和所述第二类像素。
166.请参阅图21-24所示，提供一种具有rggb滤光器的像素布局的设计方式，其中，作为示例，如以21为例，所述像素单元包括响应红光的第一像素子单元301、响应绿光的第二像素子单元302、303及响应蓝光的第三像素子单元304，且各像素子单元分别对应包括第一遮光部301c、第二遮光部302c、303c、第三遮光部304c，其中，所述像素单元中不同所述像素子单元的所述第一类像素的尺寸相同，即。第一类像素301a、302a、303a、304a的尺寸相同，为相同形状和尺寸的像素，进一步示例中，该示例中，像素阵列中各个像素都是相同的形状、尺寸的像素。
167.其中，如图24所示，在一可选示例中，设计所述第一遮光部301c的尺寸d1大于所述第二遮光部302c、303c的尺寸d2大于所述第三遮光部304c的尺寸d3。其中，由于不同颜色光线的衍射能力不同，对于红绿蓝三种颜色，红色光线的衍射能力最强，蓝色光线衍射能力最弱，该示例中设计第一类像素上方覆盖的挡光材料对于不同的第一类像素有不同的宽度，红色像素最宽，蓝色像素最窄，从而进一步有利于得到均匀的信号。
168.作为示例，所述第二遮光部的尺寸d2与对应的所述第一类像素的尺寸相同，所述第一遮光部的尺寸d1不大于所述第二遮光部尺寸d2的120％，可以选择为110％、115％等，另外，所述第三遮光部的尺寸d3不小于所述第二遮光部尺寸d2的70％，可以选择为80％、90％等。
169.在另外的示例中，参见图21-23所示，还可以是不同所述像素子单元的遮光部的尺寸相同，且所述遮光部的尺寸大于(图22)、小于(图23)或等于(图21)对应的所述第一感光区的尺寸。在一示例中，各个像素均为边长相等的正方形结构，对应的遮光部也为正方形结构，其中，正方形的遮光部的边长d0可以大于、等于或者小于像素边长，以适应不同需求。
170.请继续参阅图21-28所示，作为示例，所述像素子单元中像素的排布方式可以是：所述像素子单元包括中心区及环绕所述中心区的外围区，所述第一类像素位于所述中心区，所述第二类像素至少位于所述外围区。如图21-25及图28所示，该排布方式中，至少像素子单元最外一圈为第二类像素，当然也可以是前面实施例中所描述的第三类像素，而第一类像素位于中心区，从而使得所述第一类像素均接收来自本像素子单元的衍生光。
171.如图26-27所示，所述像素子单元包括边缘区，所述第一类像素位于所述边缘区，且位于所述边缘区的第一类像素具有显露的入光接触部，所述入光接触部与相邻像素子单元位于所述边缘区的第一类像素相接触。该不例中，所述像素子单元中的所述第一类像素至少有一个位于整个像素子单元的边缘，相对于本身的像素子单元而言，具有显露的入光接触部，例如，对于像素子单元501来说，具有位于边缘区的第一类像素501a，且所述第一类像素501a具有显露的入光接触部501aa，此种排布方式中，设置所述第一类像素501与相邻子像素的入光接触部对应，如，第一类像素501a的入光接触部501aa与相邻像素子单元502中的同样位于边缘区的第一类像素502a的入光接触部502aa相对应，从而是的第一类像素周围仅具有第二类像素或者是其他的第一类像素，得到较为单一的信号，利于反应图像信息。
172.实施例四：
173.本发明还提供一种基于实施例一至三中任意一项得到的像素结构的成像方法，该成像方法中，控制所述第一类像素具有第一曝光时间，所述第二类像素具有第二曝光时间，且所述第一曝光时间大于所述第二曝光时间。在一示例中，所述第二曝光时间大于所述第一曝光时间的1/100，例如，所述第二曝光时间为所述第一曝光时间的1/50、1/20、1/10、1/2。
174.例如，可以控制第一类像素曝光时间大于第二类像素的曝光时间，第一类像素表面覆盖有挡光材料(所述遮光部，不透过光线)，使得像素上方入射的光线无法进入该像素，但进入周围像素(所述第二类像素)的光线由于光的衍射作用能够进入这些像素。由于不同的像素间的衍射作用较弱，因此可以实现较弱的光响应，可以实现长时间曝光同时不容易造成过曝，提高图像传感器的动态范围。另外，对于亮度随时间变化的光源，例如，工作在脉冲调制模式的光源(例如，led)，本发明设计可以基于第一类像素长时间曝光，可以适用于具有闪烁光源的照片或视频的拍摄，可衰减光源频闪(flicker)的影响。进一步，同一第一类像素对应的各第二类像素响应于同种类型的光信号，因此这些像素的光谱曲线与近邻的第二类像素一致，可以通过合适的设置使这些像素具有合适的光谱相应。另外，相对于现有技术而言，传统图像传感器中的像素并无区别，采用时序控制对像素阵列中的某一些像素进行短时间曝光，另一些像素进行长时间曝光，因此可以实现lfm。但缺点在于长时间曝光的像素容易过曝，不能实现清晰的图像采集功能。
175.实施例五：
176.本发明还提供一种电子设备，其中，所述电子设备包括如上述实施例中的方案中任意一项所述的图像传感器结构像素结构。其中，所述电子设备可以是安防摄像装置、汽车电子摄像装置、手机摄像装置、无人机、机器视觉以及现有摄像机等设备。进一步地，所述电子设备可以采用实施例四所述的成像方法进行成像。
177.综上所述，本发明设计上方设有遮光部的第一类像素以及上方不具有遮光部可以受光的第二类像素，基于第二类像素的衍生光作为第一类像素的响应光，并且，同一第一类像素对应的各第二类像素响应于同种类型的光信号，从而使得第一类像素接收到相同类型的衍生光，以产生第一信号，同时，第二类像素基于入射光产生第二信号，从而可以基于第一类像素的第一信号和第二类像素的第二信号获取有效的图像信号，以提高图像的动态范围，并可以基于上述信号有效实现具有光源闪烁的照片或者视频的获取。另外，基于本发明
的设计，可以实现遮光部与导光部的同时制备，实现第一类像素和第二类像素的光信号的调制，并可以有效防止不同类型光信号之间的串扰，可以简化制备工艺，提高效率。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
178.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。