一种光路倾斜的CMOS图像传感器的像素阵列制造技术

本发明专利技术公开了一种光路倾斜的CMOS图像传感器的像素阵列，通过将像素单元以不小于3的奇数或偶数按n×n个的排列方式组成像素单元组重复排列构成像素阵列，并使组中位于中心的像素单元具有平行于入射光的垂直照射方向的光路，位于周围的像素单元具有倾斜于入射光的垂直照射方向的光路，且周围像素单元的微透镜、颜色滤镜、光通道和感光二极管也按相同的倾斜角度设置，实现在一个像素单元组位置既能采集垂直入射的光线，又能采集倾斜入射的光线，从而优化了像素阵列对不同方向入射光线的综合响应能力，大大提高了整体的光敏感度，可以充分优化镜头边缘的“暗角”现象，并明显地提高像素阵列整体的图像质量。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种光路倾斜的CMOS图像传感器的像素阵列，通过将像素单元以不小于3的奇数或偶数按n×n个的排列方式组成像素单元组重复排列构成像素阵列，并使组中位于中心的像素单元具有平行于入射光的垂直照射方向的光路，位于周围的像素单元具有倾斜于入射光的垂直照射方向的光路，且周围像素单元的微透镜、颜色滤镜、光通道和感光二极管也按相同的倾斜角度设置，实现在一个像素单元组位置既能采集垂直入射的光线，又能采集倾斜入射的光线，从而优化了像素阵列对不同方向入射光线的综合响应能力，大大提高了整体的光敏感度，可以充分优化镜头边缘的“暗角”现象，并明显地提高像素阵列整体的图像质量。【专利说明】一种光路倾斜的CMOS图像传感器的像素阵列
本专利技术涉及一种CMOS图像传感器，更具体地，涉及一种含有倾斜光路的CMOS图像传感器的像素阵列。
技术介绍
图像传感器是将光信号转换为电信号的装置，在数字电视、可视通信市场中有着广泛的应用。根据光电转换方式的不同，图像传感器通常可以分为电荷耦合器件图像传感器(Charge-coupled Device, CCD)和 CMOS 图像传感器(CMOS IMAGE SENSOR, CIS)两类。 对于CXD来说，一方面，在专业的科研和工业领域，具有高信噪比的C⑶成为首选；另一方面，在高端摄影摄像领域，能提供高图像质量的CCD也颇受青睐。而对于CIS来说，在网络摄像头和手机拍照模块也得到了广泛应用。 CCD与CIS相比，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C⑶可能会优于CIS，但是，随着CIS技术的不断提高和CMOS制造工艺水平的大幅提升，一部分CIS的图像质量已经接近于同规格的(XD。CIS在性能上正在取得实质性的进展，并凭借其低成本、高效率、传输速度快等优势被广泛用于平板电脑、智能手机等各类新兴领域。伴随着照相手机等消费类电子领域对CIS的促进，未来的CMOS图像传感器的市场前景将更为广阔。小尺寸、高性能CIS的设计成为本领域研究的重要课题之一。 图像传感器一个直观的性能指标就是对图像的复现能力，而图像传感器的像素阵列就是直接关系到这一指标的关键性功能模块。像素阵列可分为正面照射式(Front SideIlluminated, FSI)像素阵列和背照式(Back Side Illuminated, BSI)像素阵列。在 FSI像素阵列的结构中，沿入射光方向依次包括滤镜层、金属层和娃基层；娃基层中包括有感光二极管(Photo D1de, H))，滤镜层一般包括微透镜(Micro-1ens)和颜色滤镜阵列(ColorFilter Array, CFA)的二者或其一。如果是BSI像素阵列，则沿入射光方向依次包括滤镜层、硅基层和金属层。上述两种像素阵列在滤镜层和感光层之间都设有光通道，入射光经过滤镜层，沿光通道到达硅基层中的PD，使H)感光，实现光电转换、模数转换，并输出数字图像。在采用有源像素传感器(Active Pixel Sensor,APS)作为其感光单元的CIS的像素阵列中，一个APS (即一个像素单元)包括一个感光二极管(Photo D1de, PD)和一个有源放大器(Active Amplifier)。 请参阅图1，图1是现有技术的一种CMOS图像传感器的像素阵列的结构示意图。如图1所示，此像素阵列为平面型BSI像素阵列，采用APS作为感光单元，其结构中的微透镜层6、颜色滤镜层7、硅基层I和金属层8以平面形式分层布置(部分重复的相同结构已作省略处理)。微透镜层6中的每个微透镜5对应颜色滤镜层7中的一种颜色的一个颜色滤镜4 ;硅基层I又称为H)层，主要成分为硅，其中设有感光二极管(PD) 2和光通道3，光通道3由PD2通向颜色滤镜4 ;金属层8主要成分为氧化硅，其中有电路结构9，用来传递光电反应后输出的电信号。一个微透镜5、颜色滤镜4、光通道3、PD2和对应的电路结构9构成一个像素单元，像素单元依次排列构成像素阵列。每个像素单元的微透镜5、颜色滤镜4、光通道3和PD2形成入射光的传导光路(如图中空心箭头所指)，入射光通过光路传导至ro，使PD感光，实现光电转换。在实际制作中，金属层8和硅基层I是作为整体进行加工的。 在上述现有技术的像素阵列中，光路的设置方向全部与垂直于像素阵列入射的光线方向平行。当入射光向APS照射时，Sensor (传感器)表面的金属材质会反射掉一部分入射光；剩余的光线才会由微透镜汇聚，通过颜色滤镜和光通道到达H)。这使得H)感光需要的光强大为受损。在FSI像素阵列中，当光线通过光通道时，由于其中的金属层有很多层金属布线，使得光线进一步受到损失。当光线垂直入射时，反射的概率较小，因此其损失较少；而当光线倾斜入射时，反射的概率较大，其损失骤然增大。与FSI像素阵列相比，BSI像素阵列因金属层处于硅基层的外侧，通过缩短的光通道可提高其像素阵列的光敏感度。然而，BSI仍不能彻底解决光线倾斜入射时响应较差的问题。因此，对于整个图像系统而言，在镜头模组的边缘处，现有技术的像素阵列会采集到明显的光线衰减，即“暗角”现象，影响图像的质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种含有倾斜光路的CMOS图像传感器的像素阵列，通过将像素单元的数量η以不小于3的奇数或偶数按ηΧη个的排列方式组成像素单元组重复排列构成所述像素阵列，并使组中位于中心的(η-2) X (η-2)个像素单元具有平行于入射光的垂直照射方向的光路，其余位于周围的像素单元具有倾斜于入射光的垂直照射方向的光路，实现在一个像素单元组位置既能采集垂直入射的光线，又能采集倾斜入射的光线，从而克服了现有技术存在的光线倾斜入射时响应较差的问题，优化了像素阵列对不同方向入射光线的综合响应能力。 为实现上述目的，本专利技术采用以下二个技术方案: 一种光路倾斜的CMOS图像传感器的像素阵列，所述像素阵列为背照式像素阵列，所述光路由像素单元的微透镜、颜色滤镜、光通道和感光二极管形成，其特征在于，所述像素单元的数量以η表示,按ηΧη个的排列方式组成像素单元组,并以所述像素单元组为单位重复排列构成所述像素阵列，所述η为不小于3的奇数，每个所述像素单元组中以(η-2) X (η-2)个所述像素单元为中心像素单元，其余的所述像素单元围绕所述中心像素单元排列形成周围像素单元；每个所述像素单元组中的全部所述像素单元采用红色、绿色、蓝色三元主色中的其中同一种颜色的所述颜色滤镜，所述像素阵列的颜色滤镜阵列以所述像素单元组为单位按Bayer模式排列构成；所述中心像素单元具有平行于所述入射光的垂直照射方向的所述光路，即具有垂直光路，所述周围像素单元具有倾斜于所述入射光的垂直照射方向的所述光路，即具有倾斜光路。光路倾斜的像素单元排列在光路垂直的像素单元周围，共同输出该像素单元组位置获得的入射光强。 上述本专利技术的图像像素阵列是以像素单元组为单位的形式，按照Bayer模式的颜色滤镜阵列排列；如果以I个像素单元为单位来看，则像素单元之间是采用类似Bayer模式的颜色滤镜阵列排列。例如，以字母R代表红色滤镜，G代表绿色滤镜，B代本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光路倾斜的CMOS图像传感器的像素阵列，所述像素阵列为背照式像素阵列，所述光路由像素单元的微透镜、颜色滤镜、光通道和感光二极管形成，其特征在于，所述像素单元的数量以n表示，按n×n个的排列方式组成像素单元组，并以所述像素单元组为单位重复排列构成所述像素阵列，所述n为不小于3的奇数，每个所述像素单元组中以(n‑2)×(n‑2)个所述像素单元为中心像素单元，其余的所述像素单元围绕所述中心像素单元排列形成周围像素单元；每个所述像素单元组中的全部所述像素单元采用同一种颜色的所述颜色滤镜，所述像素阵列的颜色滤镜阵列以所述像素单元组为单位按Bayer模式排列构成；所述中心像素单元具有平行于所述入射光的垂直照射方向的所述光路，所述周围像素单元具有倾斜于所述入射光的垂直照射方向的所述光路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈嘉胤，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31