[发明专利]增大了感光面积的像素阵列

说明书

本发明公开了一种增大感光面积的像素阵列，属于集成电路领域。像素阵列的每个单位颜色还原模块包括四个子像素，每个子像素的所属光通道从上到下分成若干级，沿着不同级的所述光通道选择性地设置不同的感光元件以及对应的分光元件以对其所在光通道内的入射光进行分光处理以被对应的所述感光元件所感应，感光元件可以嵌在光通道的任意四个侧壁、底部上，与现有技术相比，在光通道的纵向上选择性的设置了感光单元，与此同时，省去了现有技术中的滤镜，而为设置在光通道内的感光单元配置对应的分光单元，以将与感光单元匹配的光子导向或反射到感光单元，从而避免了使用的电子器件的减少，以及串扰Cross Talk可能性的增加。

技术领域

本发明属于集成电路领域，具体地说，涉及一种增大了感光面积的像素阵列。

背景技术

图像传感器在民用和商业范畴内得到了广泛的应用。目前，图像传感器由CMOS图像传感器（CMOS IMAGE SENSOR，以下简称CIS）和电荷耦合图像传感器（Charge‐coupledDevice，以下简称CCD）。对于CCD来说，一方面，在专业的科研和工业领域，具有高信噪比的CCD成为首选；另外一方面，在高端摄影摄像领域，能提供高图像质量的CCD也颇受青睐。对于CIS来说，在网络摄像头和手机拍照模块得到了广泛应用。CCD与CIS相比来说，前者功耗较高、集成难度较大，而后者功耗低、易集成且分辨率较高。虽然说，在图像质量方面CCD可能会优于CIS，但是，随着CIS技术的不断提高，一部分CIS的图像质量已经接近于同规格的CCD。

如图1所示，为现有技术中bayer模式像素阵列的平面示意图，包括若干个单位原色还原模块101，每个单位颜色还原模块包括共计四个子像素，即2个绿色子像素111、1个蓝色子像素121、1个红色子像素131。如图2所示，为图1中颜色还原模块的a‐a向剖面示意图，由于剖切方向相差90度，因此，在图2中只看到2个绿色子像素111、1个红色子像素131的剖面示意结构，每个绿色子像素111从上到下依次包括用于聚光的微透镜1111、绿色滤镜1110以及感光二极管1113，红色子像素131从上到下依次包括微透镜1311、红色滤镜1310以及感光二极管1113，其中，微透镜1111、微透镜1311位于氧化硅材料层100b之上，该氧化硅半导体层100b中还设置有金属层100c，感光二极管1113设置在硅材料层100a中。

参见图1和图2所示，电荷耦合图像传感器CIS中使用的像素阵列由于下述可能的原因，使得入射光利用效率较低：

⑴，在给定传感器感光面积和像素数量的条件下，一方面由于感光二极管PhotoDiode（简称PD）的表面积一定，另外一方面像素之间的间距固定，导致传感器的动态范围很难得到提高。因此，当入射光的光子数达到一定程度时，感光二极管PD饱和，CIS无法记录更多的信息。

例如，对于某一像素位置若输入光子数50个，感光二极管PD接受光子50个，输出未饱和；若输入光子数200个，感光二极管PD接受光子数100个，输出已完全饱和；当输入光子数400个，感光二极管PD只能接收100个光子，输出已完全饱和。

⑵，为了进行颜色还原而使用颜色滤镜，如常用的Bayer模式中的RGB颜色滤镜，由于在单位像素位置的感光二极管PD之上，使得对应的滤镜本身会吸收了大约50%的入射光，入射光利用率大致为50%。颜色分辨率定义为一种颜色通道的像素占总像素的百分比，那么红色通道R的颜色分辨率为25%，绿色通道G的颜色分辨率为50%，蓝色通道B的分辨率为25%，其中绿色通道的分辨率分别为其他两通道的2倍。

因此，现有技术中为了囤积更多的电子数以提高入射光的利用效率，必须通过增大感光二极管PD的表面积以增大感光面积。但是，对于传统的Bayer模式来说，一方面意味着传输信号的金属层必须变薄，进而导致可使用的电子器件必须减少；另外一方面意味着感光二极管PD间的间距缩小，从而增加了串扰Cross Talk的可能性。

发明内容