[发明专利]具有高动态范围的图像传感器像素阵列

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种具有高动态范围的像素阵列。

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-coupled Device，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。

图1所示为现有技术中图像传感器的剖视图。如图1所示，图像传感器基本分为Si衬底10和互连介质层上下两层，多个进行读写控制和复位的MOS晶体管（图未示）和用于感光的感光二极管（PD）1形成在Si衬底10上，金属层M1～M4形成于MOS晶体管上方的互连介质层中，金属层M1～M4之间及金属层M1与MOS晶体管之间具有电连接，用来传递电信号，互连介质层材质可为氧化硅材料。感光二极管1上方的互连介质层形成光通道。互连介质层上方覆盖一层微透镜层2，每个微透镜2对应一个光通道及其感光二极管1，用于聚集入射光并允许穿过光通道照射在对应的感光二极管1上，感光二极管1与光子发生光电效应，进行光电转换并传出电信号。

图2所示为现有技术中图像传感器像素阵列的示意图。如图2所示，每一单位像素的感光二极管1的感光表面为正方形，此正方形边长为d。感光二极管1排布成方形矩阵，列与列之间距离L1=d，行与行之间距离L2=d。由此可知，在给定图像传感器单位像素感光面积和单位像素数量的条件下，由于感光二极管1表面积一定，并且单位像素之间的间距固定，图像传感器的动态范围很难提高。当入射光的光子数达到一定程度时，感光二极管1饱和，CIS就无法记录更多的信息。

为了收集更多的光子数以转换为电子，必须通过增大感光二极管的表面积来实现，然而如此一来感光二极管将占用更大面积，从而导致电子器件的区域缩小。另一方面，感光二极管间的距离缩小也会使发生像素串扰（Cross Talk）的可能性增加。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，以提高图像传感器像素阵列感光表面积的总和，为达成上述目的，本发明提供一种图像传感器像素阵列，包括多个单位像素，每个所述单位像素包括：一个沟槽，自衬底上表面向下形成于所述衬底中；至少一个感光二极管，形成于所述沟槽的侧壁；以及至少一个反射镜，设置于所述沟槽底部且相对于所述沟槽底部倾斜，用以相应向所述感光二极管反射入射光。

优选的，所述感光二极管与所述沟槽侧壁相重叠的面积之和大于等于所述沟槽的底面积。

优选的，所述沟槽底部为四边形，所述感光二极管成对的形成于所述沟槽相对的侧壁。

优选的，所述沟槽底部为正方形，所述感光二极管为两对，分别相对设置于所述沟槽的各侧壁的中间。

优选的，相邻所述单位像素的沟槽间的距离与所述正方形边长相同；所述感光二极管的宽度和长度以及所述沟槽的深度均为所述正方形边长的一半。

优选的，所述沟槽底部为正方形，所述感光二极管为一对，相邻所述单位像素的沟槽间的距离与所述正方形边长相同；所述感光二极管的宽度和长度以及所述沟槽的深度均与所述正方形边长相同。

优选的，相邻所述单位像素的所述感光二极管在所述沟槽底部的投影方向相互垂直。

优选的，所述反射镜的数量与所述感光二极管的数量相同。

优选的，所述反射镜的高度小于等于所述沟槽的深度。

优选的，所述沟槽自所述衬底上表面垂直向下形成于所述衬底中。

优选的，所述像素阵列还包括介质层，金属层以及微透镜，所述介质层形成于所述沟槽及所述衬底上方，所述微透镜相应设置于所述沟槽上方的所述介质层之上。