[發明專利]具有多個光電二極管的像素單元

在審

• 申請號: 201980058063.3
• 申請日: 2019-09-05
• 公開（公告）號: CN112640113A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 陳松;劉新橋
• 申請（專利權）人: 臉譜科技有限責任公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司 11262
• 代理人: 張瑞;楊明釗

在一個示例中，一種裝置包括：包括多個像素單元的半導體襯底，每個像素單元包括至少四個光電二極管；多個濾光器陣列，每個濾光器陣列包括覆蓋在像素單元的每個光電二極管上的濾光器元件，每個濾光器陣列的至少兩個濾光器元件具有不同的波長通帶；以及多個微透鏡，每個微透鏡覆蓋在每個濾光器陣列上，并且被配置為將來自場景的點的光經由每個濾光器陣列的每個濾光器元件引導到每個像素單元的每個光電二極管。

背景

本公開總體上涉及圖像傳感器，并且更具體地，涉及包括多個光電二極管的像素單元(pixel cell)。

圖像傳感器中典型的像素單元包括光電二極管，其用于通過將光子轉換成電荷(例如，電子或空穴)來感測入射光。在曝光周期期間，電荷可以暫時存儲在光電二極管中。為了改善噪聲和暗電流性能，像素中可以包括釘扎光電二極管(pinned photodiode)，以將光子轉換為電荷。像素單元還可以包括電容器(例如，浮置擴散(floating diffusion))，以從光電二極管收集電荷并將電荷轉換成電壓。圖像傳感器通常包括像素單元陣列。像素單元可以被配置成檢測不同波長范圍的光，以生成2D和/或3D圖像數據。

概述

本公開涉及圖像傳感器。更具體地，但不限于，本公開涉及被配置成執行不同波長的光的并置感測的像素單元。

在一個示例中，提供了一種裝置。該裝置包括半導體襯底，該半導體襯底包括多個像素單元，每個像素單元至少包括第一光電二極管、第二光電二極管、第三光電二極管和第四光電二極管。該裝置還包括多個濾光器(filter)陣列，每個濾光器陣列至少包括第一濾光器元件、第二濾光器元件、第三濾光器元件和第四濾光器元件，每個濾光器陣列的第一濾光器元件覆蓋在每個像素單元的第一光電二極管上，濾光器陣列的第二濾光器元件覆蓋在每個像素單元的第二光電二極管上，濾光器陣列的第三濾光器元件覆蓋在每個像素單元的第三光電二極管上，濾光器陣列的第四濾光器元件覆蓋在每個像素單元的第四光電二極管上，每個濾光器陣列的第一、第二、第三和第四濾光器元件中的至少兩個具有不同的波長通帶。該裝置還包括多個微透鏡，每個微透鏡覆蓋在每個濾光器陣列上，并被配置為將來自場景的點的光分別經由每個濾光器陣列的第一濾光器元件、第二濾光器元件、第三濾光器元件和第四濾光器元件引導到每個像素單元的第一光電二極管、第二光電二極管、第三光電二極管和第四光電二極管。

在一個方面，每個濾光器陣列的第一濾光器元件和第二濾光器元件沿著第一軸對齊。每個像素單元的第一光電二極管和第二光電二極管在半導體襯底的光接收表面下方沿著第一軸對齊。第一濾光器元件沿著垂直于第一軸的第二軸覆蓋在第一光電二極管上。第二濾光器元件沿著第二軸覆蓋在第二光電二極管上。每個微透鏡沿著第二軸覆蓋在每個濾光器陣列的第一濾光器元件和第二濾光器元件上。

在一個方面，該裝置還包括沿著第二軸覆蓋在多個微透鏡上的照相機透鏡。每個濾光器陣列的面向照相機透鏡的表面和照相機透鏡的出射光瞳(exit pupil)位于每個微透鏡的共軛位置。

在一個方面，覆蓋在每個像素單元上的第一濾光器元件和第二濾光器元件被配置為將可見光的不同顏色分量分別傳遞到每個像素單元的第一光電二極管和第二光電二極管。

在一個方面，每個濾光器陣列的第一濾光器元件和第二濾光器元件基于拜耳(Bayer)圖案來布置。

在一個方面，第一濾光器元件被配置為使可見光的一個或更多個顏色分量通過。第二濾光器元件被配置為使紅外光通過。

在一個方面，多個濾光器陣列的第一濾光器元件基于拜耳圖案來布置。

在一個方面，第一濾光器元件包括沿著第二軸形成堆疊的第一濾光器和第二濾光器。

在一個方面，該裝置還包括覆蓋在像素單元上的相鄰濾光器元件之間以及覆蓋在相鄰像素單元上的相鄰濾光器元件之間的分隔壁。