[發(fā)明專利]包括具有導光裝置的至少一個感測單元的圖像傳感器

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• 申請日: 2017-12-27
• 公開（公告）號: CN110140216A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設計）人: 阿爾喬姆·博里斯金;勞倫·布朗德;阿諾·舒伯特;米特拉·達姆加尼亞
• 申請（專利權）人: 湯姆遜許可公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;G02B27/56;B82Y20/00
• 代理公司: 北京東方億思知識產權代理有限責任公司 11258
• 代理人: 林強

本公開涉及一種圖像傳感器，該圖像傳感器包括至少一個感測單元，所述至少一個感測單元包括用于將光轉換為可讀電信號的裝置。圖像傳感器的顯著之處在于，所述至少一個感測單元包括導光裝置，該導光裝置用于將光引導到所述用于將光轉換為可讀電信號的裝置的方向上，所述導光裝置包括：至少一個介電材料層，具有第一折射率，該至少一個介電材料層的表面具有形成臺階的至少一個突然的水平變化，以及元件，具有低于所述第一折射率的第二折射率，所述元件與所述臺階接觸。

技術領域

本公開涉及圖像感測設備領域，并且更具體地，涉及用于提高圖像傳感器的光捕獲效率的技術(和相關組件)。

背景技術

該部分旨在向讀者介紹本領域的各個方面，其可以與下面描述和/或要求保護的本發(fā)明的各個方面相關。相信該討論有助于向讀者提供背景信息以便于更好地理解本發(fā)明的各個方面。因此，應該理解，應從這個角度來閱讀這些陳述，而不是作為對現有技術的承認。

圖像傳感器(或圖像傳感設備)廣泛用于消費電子設備中，例如智能手機和各種數碼相機。目前，有兩種類型的圖像傳感器可用于大規(guī)模產品，即CCD(電荷耦合器件)和CMOS(互補金屬氧化物半導體)。每個通常包括包含光傳感器的像素陣列。

像素可以以各種已知方式構造。通常，像素由材料構成，該材料將圖像光轉換成電信號，然后可以將其進行處理并存儲在數碼相機的電路中。

通常，像素包含光敏區(qū)域和一個或多個非光敏區(qū)域。光敏或有源區(qū)域與像素總面積的比率稱為填充因子。光敏區(qū)域可以包括硅晶片的部分，其被諸如多晶硅柵極、金屬導體、溝道擋板、遮光罩等的支撐電路圍繞，形成凹陷。圖像光必須向下穿過凹陷到達光敏區(qū)域所在的底部。

應該注意，CMOS像素可以分為兩類：前側照明(FSI)結構和后側照明(BSI)結構。在FSI結構中，入射光在到達包含在硅層中的像素的光活性區(qū)域之前首先穿過金屬層(包括電路和金屬線)，而在BSI結構中，利用像素的光活性區(qū)域的位置翻轉金屬層的位置。因此，與FSI結構相比，BSI結構檢測到更高量的光，并且因此，BSI結構具有更高的光捕獲效率。另外，由于金屬層，當用于一個像素的光子相反被反射到相鄰像素中時，可能在FSI結構中發(fā)生光學串擾(crosstalk)。這種光學串擾降低了圖像清晰度。此外，與FSI結構相比，BSI結構還可以捕獲更寬的光錐，并且BSI結構中使用的硅層小于FSI結構中的硅層。

為了提高FSI結構的靈敏度，已經在Kyungho Lee等人的文章“1.4μm像素的SNR性能比較：FSI、導光和BSI(SNR Performance Comparison of1.4μm Pixel:FSI,Light-guide,and BSI)”、或在文獻US 9478574、US2010308427和US2012200749中提到使用導光(形成在介電層的各個層中并且包括與介電層中的一些相比具有更高折射率的材料)。

另外，為了提高圖像傳感器的光捕獲效率，過去已經開發(fā)了幾種可用于CMOS像素的技術和方法。

在文獻CN 105791714中，提出了根據圖像傳感器內部的像素位置來修改圖像傳感器內的像素大小。因此，圖像傳感器中的像素單元的大小在這種圖像傳感器內并不完全相同。更確切地說，與位于圖像傳感器中心附近的像素單元相比，周邊像素單元的大小增大。這種結構增加了每個像素單元的光通量(例如，參見CN105791714的圖4)。

在文獻US 9497397中，提出了通過使用位于至少兩個光電探測器的部分上方的屏蔽元件來提高圖像傳感器的效率，每個光電探測器與像素相關聯。這種屏蔽元件由不透明材料制成，并且能夠防止串擾效應的發(fā)生(參見文獻US 9497397的圖6)。因此，串擾效應的降低使得能夠改善圖像傳感器。