[發明專利]像素單元、像素陣列、圖像傳感器以及電子產品

有效

• 申請號: 201210549888.5
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN103066085B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 顧學強
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/374
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,林彥之

技術領域

本發明屬于，具體地說，涉及一種像素單元、像素陣列、圖像傳感器以及電子產品。

背景技術

圖像傳感器可以將光信號轉換為電信號。目前，圖像傳感器可以分為基于電荷耦合器件(CCD)的圖像傳感器，以及基于互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器。由于CMOS圖像傳感器和CCD傳感器相比，具有的低功耗，低成本和與CMOS工藝兼容等特點，因此得到廣泛的應用。比如除在應用到消費電子領域如微型數碼相機(DIGITAL SPY CAMERA，DSC)、手機攝像頭、攝像機和數碼單反(DIGITAL SINGLE LENSE REFLEX，DSLR)中，在汽車電子、監控、生物技術和醫學等領域也得到了應用。

CMOS圖像傳感器中，可以根據像素單元中晶體管數目的多寡，分類成3T，4T和5T式，3T式的CMOS圖像傳感器中，像素單元包括一個光電二極管和3個MOS晶體管，4T和5T式像素單元分別包括一個光電二極管和4個或5個MOS晶體管。像素單元中的光電二極管是感光單元，實現對光線的收集和光電轉換，其它的MOS晶體管是控制單元，主要實現對光電二極管的選中、復位和讀出等控制。

現有技術中，在CMOS圖像傳感器中，每一個像素單元的靈敏度直接和像素單元中光電二極管的面積占整個像素單元面積的比例成正比，該比例稱為填充因子，由于光電二極管之間存在用于信號控制的3個，4個或5個晶體管，因此晶體管占用了整個像素單元大量的面積，使得通常CMOS圖像傳感器中像素單元的填充因子在20％到50％之間，換言之，50％到80％的面積上的入射光被屏蔽掉，不能被光電二極管收集并參與光電轉換，因而，導致了入射光的損失和像素單元靈敏度的降低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種像素單元、像素陣列、圖像傳感器以及電子產品。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種像素單元，包括：

感光層，包括：

感光元件，位于襯底上，用于收集入射光進行光電轉換得到感光電信號；

開關器件，位于所述襯底上，用于輸出對所述感光元件的控制信號以及所述感光電信號；

金屬層，位于所述感光層之上，用于傳輸對所述感光元件的控制信號以及將所述感光電信號輸出到外圍處理電路；所述金屬層包括一具有斜面的子金屬層，用于改變所述入射光的傳輸路徑，以將所述入射光聚集到所述感光元件的感光區域；

入射光聚集部件，用于改變所述入射光的傳輸路徑，以將所述入射光聚集到所述感光元件的感光區域；

其中，所述入射光聚集部件包括：

入射光反射單元，用于通過反射初次改變所述入射光的傳輸路徑，以使所述入射光射向所述感光元件的感光區域，所述入射光反射單元為一隔離環，位于所述金屬層中頂層子金屬層之上表面；

聚光單元，用于改變所述入射光的傳輸路徑，以將所述入射光聚集到所述感光元件的感光區域，所述聚光單元設置在金屬層中垂直方向上相鄰的兩個子金屬層之間，以覆蓋所述感光元件的位置上，所述聚光單元為一微透鏡；

其中，隔離環將斜入射光反射進入微透鏡，金屬層斜面將垂直入射光反射進入微透鏡，并由微透鏡將反射光再次聚焦、折射，實現對感光元件以外區域光線的有效收集。

優選地，根據本發明的一實施例，所述開關器件被所述金屬層所覆蓋。

優選地，根據本發明的一實施例，所述隔離環的環體為介質材料，環腔中填有可反射入射光的金屬。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種像素單元的形成方法，包括：

在襯底上形成感光元件以及開關器件，以形成感光層，其中，所述感光元件用于收集入射光進行光電轉換得到感光電信號，所述開關器件用于輸出對所述感光元件的控制信號以及所述感光電信號；

在所述感光層之上形成金屬層，以傳輸對所述感光元件的控制信號以及將所述感光電信號輸出到外圍處理電路；在所述感光層之上形成金屬層時，使所述金屬層中包括具有斜面的子金屬層，用于通過反射再次改變所述入射光的傳輸路徑，以將所述入射光聚集到所述感光元件的感光區域；

在入射光的傳輸到所述感光元件上的路徑上形成入射光聚集部件，以用于改變所述入射光的傳輸路徑，將所述入射光聚集到所述感光元件的感光區域；