CN212323001U - 图像传感器像素和图像传感器像素阵列 - Google Patents

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Abstract

提供了图像传感器像素和图像传感器像素阵列。本实用新型公开了一种成像设备，该成像设备可具有包括红外图像像素的图像传感器像素阵列。可将背面反射器和正面反射器结合到红外像素以增加像素内光敏区的有效厚度。换句话讲，入射在每个像素上的光可被反射并多次横贯光敏区，从而允许光敏区中的硅更有效地吸收红外光。背面反射器可插置在硅和微透镜之间，该微透镜可具有环形形状以将光定向在背面反射器周围。如果需要，环形透镜可具有凹形开口。另外地，背面反射器可为环状的，并且球形微透镜可使光聚焦穿过反射器的中心部分。硅层的顶部表面可为弯曲的，以朝向光敏区的中心聚焦光并改善像素效率。

Description

图像传感器像素和图像传感器像素阵列
技术领域
本实用新型整体涉及成像设备，具体地讲，涉及图像传感器像素和图像传感器像素阵列，并且更具体地讲，涉及包括在红外波长和近红外波长下具有改善的检测的像素的成像传感器。
背景技术
图像传感器常常在电子设备诸如移动电话、相机和计算机中用来捕获图像。在典型的布置中，电子设备设置有布置成像素行和像素列的图像像素阵列。阵列中的每个图像像素包括经由转移栅极耦接到浮动扩散区域的光电二极管。每个像素接收入射光子(光)并将这些光子转换成电信号。将列电路耦接到每个像素列以用于读出来自图像像素的像素信号。有时，图像传感器被设计为使用联合图像专家组(JPEG)格式将图像提供给电子设备。
图像像素通常包括将入射在阵列上的光聚焦到光检测区域上的微透镜，该微透镜可由半导体材料诸如硅形成。硅可吸收光的光子，然后可将该光子转换成电信号。硅中的吸收深度是波长的函数。低波长的光(例如蓝光)具有短吸收深度，而长波长的光(例如，红光或近红外光)具有长吸收深度。为检测长波长的光，需要厚硅。然而，难以将厚硅光电二极管集成在图像传感器，尤其是背照式(BSI)图像传感器中。因此，图像像素可能无法准确地检测入射在阵列上的近红外光或红外光的量。
因此，将期望提供带有在红外波长和近红外波长下具有改善的检测的图像传感器像素的成像设备。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题为：为检测长波长的光(例如，红光或近红外光)，需要厚硅；然而，难以将厚硅光电二极管集成在图像传感器。
根据一实施方式，提供了一种图像传感器像素，所述图像传感器像素被配置为响应于入射光而生成电荷。所述图像传感器像素包括：半导体层，所述半导体层具有相对的第一表面和第二表面，其中，所述入射光穿过所述第一表面；第一反射器和第二反射器，其中，所述半导体层插置在所述第一反射器和所述第二反射器之间；和微透镜，所述微透镜被配置为将光定向到所述半导体层中。
根据另一实施方式，提供了一种图像传感器像素阵列，所述图像传感器像素被配置为响应于入射光而生成电荷。所述图像传感器像素阵列包括：第一图像传感器像素，所述第一图像传感器像素被配置为响应于第一颜色的光而生成电荷；第二图像传感器像素，所述第二图像传感器像素被配置为响应于第二颜色的光而生成电荷；以及红外图像传感器像素，所述红外图像传感器像素被配置为响应于红外光而生成电荷。所述红外图像传感器像素中的每个红外图像传感器像素包括：半导体层，所述半导体层具有相对的第一表面和第二表面，其中，所述入射光穿过所述第一表面；正面反射器和背面反射器，其中，所述半导体层插置在所述正面反射器和所述背面反射器之间；和微透镜，所述微透镜与所述半导体层、所述正面反射器和所述背面反射器重叠并且被配置为将光定向到所述半导体层中。
根据再一实施方式，提供了一种图像传感器像素，所述图像传感器像素被配置为响应于红外光而生成电荷。所述图像传感器像素包括：光敏区，所述光敏区具有相对的第一表面和第二表面；环形微透镜，所述环形微透镜与所述光敏区重叠；第一反射器，所述第一反射器插置在所述环形微透镜和所述光敏区的所述第一表面之间；和第二反射器，所述第二反射器邻近所述光敏区的所述第二表面。
本实用新型所实现的技术效果为：形成了吸收足够的红外光和近红外光(或长于可见光的其他波长的光)而不增加图像像素的厚度的图像像素。
附图说明
图1是根据一个实施方案的示例性电子设备的示意图，该电子设备具有图像传感器和处理电路以用于使用图像像素阵列捕获图像。
图2是根据一个实施方案的示例性像素阵列以及用于从该像素阵列读出图像信号的相关联读出电路的示意图。
图3A是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有环形微透镜、背面反射器和正面反射器。
图3B是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有环形微透镜、正面反射器和凹入背面反射器。
图4A是根据一个实施方案的具有圆形开口的示例性环形微透镜的示意图。
图4B是根据一个实施方案的具有正方形开口的示例性环形微透镜的示意图。
图5A是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有环形微透镜、背面反射器、正面反射器和曲面硅透镜。
图5B是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有环形微透镜、凹入背面反射器、正面反射器和曲面硅透镜。
图6A是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有环形微透镜、凹形开口、背面反射器和正面反射器。
图6B是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有环形微透镜、凹形开口、正面反射器和凹入背面反射器。
图6C是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有环形微透镜、凹形开口、背面反射器、正面反射器和曲面硅透镜。
图6D是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有环形微透镜、凹形开口、凹入背面反射器、正面反射器和曲面硅透镜。
图7A是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有球形微透镜、背面反射器环和正面反射器。
图7B是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有球形微透镜、凹入背面反射器环和正面反射器。
图7C是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有球形微透镜、背面反射器环、正面反射器和曲面硅透镜。
图7D是根据一个实施方案的示例性图像像素的横截面侧视图，该图像像素具有球形微透镜、凹入背面反射器环、正面反射器和曲面硅透镜。
图8是示例性图像传感器像素阵列的示意图，该图像传感器像素阵列具有红色图像像素、绿色图像像素、蓝色图像像素和红外图像像素的重复单元格。
具体实施方式
本实用新型的实施方案涉及图像传感器，并且更具体地讲，涉及具有带有红外光和近红外光的改善的检测的像素的图像传感器。本领域技术人员应该认识到，本实用新型的示例性实施方案可在缺少一些或所有这些具体细节的情况下实施。在其他情况下，并未详细描述众所周知的操作，以免不必要地模糊本实施方案。
具有数字相机模块的成像系统广泛用于电子设备，诸如数字相机、计算机、移动电话和其他电子设备中。数字相机模块可包括一个或多个图像传感器，这些图像传感器收集入射光以捕捉图像。图像传感器可包括图像像素阵列。图像传感器中的像素可包括光敏元件，诸如将入射光转换成电荷的光电二极管。图像传感器可具有任何数量(例如，数百或数千或更多)的像素。典型的图像传感器可(例如)具有数百、数千或数百万的像素(如，百万像素)。图像传感器可包括控制电路(诸如，用于操作图像像素的电路)和用于读出图像信号的读出电路，该图像信号与光敏元件所生成的电荷相对应。
图像传感器像素可由半导体材料诸如硅形成，以吸收入射在像素上的光并将光转换成电流。一般来讲，图像传感器像素可检测任何所需的波长的光，并且通常可由滤色器重叠以仅使某种颜色的光通过到达下面的像素。虽然常规图像传感器像素可具有对于吸收可见波长的光有效的硅光敏区，但硅通常对于吸收红外光和近红外光(例如，长于可见光的波长的光)不那么有效。换句话讲，红外光可能需要在被吸收之前行进穿过硅多次。因此，可能需要将被配置为检测红外光和近红外光的图像传感器像素中的硅制作为更厚(换句话讲，具有较长路径长度)。例如，硅可能需要为常规图像像素的厚度的两倍、厚度的三倍或厚度的四倍。然而，增加图像传感器像素的厚度可增加生产图像传感器像素的成本并且可降低光学性能，因为由于积分限制，覆盖层(诸如滤色器层)可远离光敏区。因此，可能期望形成吸收足够的红外光和近红外光(或长于可见光的其他波长的光)而不增加图像像素的厚度的图像像素。
图1为示例性成像系统(诸如，电子设备)的示意图，该成像系统使用图像传感器捕获图像。图1的电子设备10可为便捷式电子设备，诸如相机、蜂窝电话、平板计算机、网络相机、摄像机、视频监控系统、机动车成像系统、具有成像能力的视频游戏系统或者捕获数字图像数据的任何其他所需的成像系统或设备。相机模块12可用于将入射光转换成数字图像数据。相机模块12可包括一个或多个透镜14以及一个或多个对应图像传感器16。透镜14可包括固定透镜和/或可调透镜，并且可包括形成于图像传感器16的成像表面上的微透镜。在图像捕获操作期间，可通过透镜14将来自场景的光聚焦到图像传感器16上。图像传感器16可包括用于将模拟像素数据转换成要提供给存储和处理电路18的对应的数字图像数据的电路。如果需要，相机模块12可设置有透镜14的阵列和对应图像传感器16的阵列。
存储和处理电路18可包括一个或多个集成电路(例如，图像处理电路、微处理器、诸如随机存取存储器和非易失性存储器的存储设备等)，并且可使用与相机模块12分开和/或形成相机模块12的一部分的部件(例如，形成包括图像传感器16的集成电路或者与图像传感器16相关的模块12内的集成电路的一部分的电路)来实施。可使用处理电路18处理和存储已被相机模块12捕获的图像数据(例如，使用处理电路18上的图像处理引擎、使用处理电路18上的成像模式选择引擎等)。可根据需要使用耦接到处理电路18的有线通信路径和/或无线通信路径将处理后的图像数据提供给外部设备(例如，计算机、外部显示器或其他设备)。
如图2所示，图像传感器16可包括含有被布置成行和列的图像传感器像素22(有时在本文称为图像像素或像素)的像素阵列20以及控制和处理电路24。阵列20可包含例如数百或数千行以及数百或数千列的图像传感器像素22。控制电路24可耦接到行控制电路26和图像读出电路28(有时称为列控制电路、读出电路、处理电路或列解码器电路)。行控制电路26可从控制电路24接收行地址，并且通过行控制路径30将对应的行控制信号，诸如复位控制信号、行选择控制信号、电荷转移控制信号、双转换增益控制信号和读出控制信号提供给像素22。可将一根或多根导线(诸如，列线32)耦接到阵列20中的像素22的每一列。列线32可用于从像素22读出图像信号以及用于将偏置信号(例如，偏置电流或偏置电压)提供给像素22。如果需要，在像素读出操作期间，可使用行控制电路26选择阵列20中的像素行，并且可沿列线32读出由该像素行中的图像像素22生成的图像信号。
图像读出电路28(有时称为列读出和控制电路28)可通过列线32接收图像信号(例如，由像素22生成的模拟像素值)。图像读出电路28可包括用于对从阵列20读出的图像信号进行采样和暂时存储的采样保持电路、放大器电路、模拟-数字转换(ADC)电路、偏置电路、列存储器、用于选择性启用或禁用列电路的锁存电路、或者耦接到阵列20中的一个或多个像素列以用于操作像素22和用于从像素22读出图像信号的其他电路。读出电路28中的ADC电路可将从阵列20接收的模拟像素值转换成对应数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。图像读出电路28可针对一个或多个像素列中的像素通过路径25将数字像素数据提供给控制和处理电路24和/或处理器18(图1)。
如果需要，图像像素22可包括一个或多个光敏区，以响应于图像光而生成电荷。图像像素22内的光敏区可成行成列地布置在阵列20上。图像阵列20可设置有滤色器阵列，该滤色器阵列具有多个滤色器元件以允许单个图像传感器对不同颜色的光进行采样。例如，诸如阵列20中的图像像素的图像传感器像素可设置有滤色器阵列，该滤色器阵列允许单个图像传感器使用对应的被布置成拜耳马赛克图案的红色、绿色和蓝色图像传感器像素对红光、绿光和蓝光(RGB)进行采样。拜耳马赛克图案由2×2个图像像素的重复单元格组成，其中两个绿色图像像素沿对角线彼此相对，并且邻近与蓝色图像像素沿对角线相对的红色图像像素。在另一个合适示例中，拜耳图案中的绿色像素被替换为具有宽带滤色器元件(例如，透明滤色器元件、黄色滤色器元件等)的宽带图像像素。这些示例仅仅是示例性的，并且一般来讲，可在任何所需数量的图像像素22上方形成任何所需的颜色和任何所需的图案的滤色器元件。
图像传感器16可被配置为支持全局快门操作(例如，像素22可在全局快门模式下进行操作)。例如，阵列20中的图像像素22各自可包括光电二极管、浮动扩散区和局部电荷存储区。采用全局快门方案，图像传感器中的所有像素被同时复位。然后，使用电荷转移操作，将每个图像像素的光电二极管中收集的电荷同时转移至相关联的电荷存储区。接着例如可从每个存储区逐行读出数据。
阵列20中的图像像素22可包括允许在红外波长和近红外波长(或长于可见光波长的其他波长)下增强吸收的结构。如图3A所示，像素22可由外延层302和形成于外延层302的表面上的层间电介质304形成。一般来讲，外延层302可由任何所需的半导体材料诸如硅形成。外延层302在本文中也可称为半导体层、硅层和光敏区。光学叠堆可形成在外延层302上方，并且可包括滤色器306、平面化层308和微透镜310。滤色器306可由在透明基板上的滤色器抗蚀剂(该滤色器抗蚀剂可包括任何所需的颜料)形成。微透镜310可由丙烯酸类、玻璃、聚合物或任何其他所需的材料形成。作为示例，平面化层308可为电介质层，并且可为有机或无机的。
微透镜310可将入射在像素22上的光(显示为入射光312)聚焦到外延层302上。外延层302可吸收光，然后可由像素22将该光转换成表示入射在像素22上的光的量的电荷。如前所述，硅可能无法像可见光那样有效地吸收波长长于可见光波长(例如，红外光和近红外光)的光。因此，反射器结构可结合到像素22。
如图3A所示，像素22可包括背面反射器314和正面反射器316。然而，该布置仅为示例性的。虽然以背面配置示出，但像素22可相反地以正面配置形成。当入射光312到达外延层302的正面时，正面反射器316可反射该入射光。反射光318然后可返回穿过外延层302，直到该反射光到达外延层302的背面。此时，光可通过背面反射器314反射回外延层302中，如反射光320所示。该光可行进穿过外延层，直到该光再次到达正面反射器316以被反射为反射光322。
如入射光312、反射光318、反射光320和反射光322所示，入射在像素22上的光中的至少一些光可完全穿过外延层302四次。换句话讲，光可多次横贯光敏区的硅，从而允许光多次被硅吸收并赋予硅有效厚度，该有效厚度为层的物理厚度的四倍。硅层302的更大有效厚度可允许具有长于可见光的波长的光(诸如红外光和近红外光)的更多的吸收。一般来讲，将反射器(诸如背面反射器314和正面反射器316)添加到像素22中允许增加入射光的吸收而不增加硅层的物理厚度。作为示例，这可允许硅层的厚度为3微米或更小、5微米或更小、大于4微米、或者10微米或更小。一般来讲，使用背面反射器和正面反射器可增加具有任何所需的物理厚度的硅层的有效厚度。
背面反射器314和正面反射器316可由金属或金属的合金形成，诸如钨、铝、钛、氮化钛、钽或氮化钽。然而，这仅仅是例示性的。一般来讲，反射器可由任何所需的材料形成，诸如陶瓷、聚合物、其他金属或复合材料。此外，尽管反射器314和316已被示出为平面的并且具有正方形/矩形形状，但背面反射器314和/或正面反射器316可另外地为弯曲的和/或具有任何所需的形状。例如，作为示例，背面反射器314和/或正面反射器316可为圆形或多边形的。一般来讲，反射器314和316可由任何所需的材料形成或者具有任何所需的形状/取向以在像素22内根据需要反射光。
如果需要，像素22还可包括任选的反射器324和326。如图3A所示，任选的反射器324和326可为背面深槽隔离结构。换句话讲，反射器324和326可从背面表面延伸到硅层302中。反射器324和326可将到达硅层302的边缘的光重新定向回到硅层中，从而增加光的吸收并减少相邻像素之间的串扰。反射器324和326可由任何所需的材料形成(该材料可与用于形成背面反射器314和正面反射器316中的一者或两者的材料相同或不同)，并且可为金属填充的或非金属填充的。尽管反射器324和326已被示出为部分延伸到硅层302中，但这仅仅是示例性的。一般来讲，反射器324和326可完全延伸穿过或部分延伸穿过硅层302。此外，如果需要，反射器324和326可另选地被形成为从正面表面延伸到硅层302中的正面深槽隔离结构。
尽管图3A中示出了背面反射器314，如被施加在滤色器306上并且被施加在硅层302之上，但如果需要，可在硅层302中形成凹槽以容纳背面反射器的至少一部分。
如图3B所示，像素22可包括硅层352，该硅层的一部分可形成凹槽354。背面反射器356的至少一部分可在凹槽354中形成。作为示例，这可允许像素22具有较小物理厚度，并且可允许滤色器306具有恒定的厚度(与图3A的滤色器306相对，其可具有凹入部分以容纳背面反射器314)。一般来讲，凹槽354可具有任何所需的尺寸和形状以容纳任何所需的背面反射器。例如，背面反射器356可为弯曲的，并且凹槽354可具有匹配的弯曲形状。凹槽354可延伸到层352的小于5％的厚度、层352的小于10％的厚度、层352的小于20％的厚度、层352的大于15％的厚度或层352的小于50％的厚度。一般来讲，凹槽354可根据需要一直延伸到层352中，并且可根据需要进行调节以容纳背面反射器356。如果需要，背面反射器356可由与图3A的背面反射器314相同的材料形成。
像素22还可包括滤色器306、平面化层308、微透镜310、层间电介质304、正面反射器316以及任选的反射器324和326。这些特征部可与上文结合图3A所述相同。尽管图3B未示出，但背面反射器356和正面反射器316可在硅层352内反射光以增加硅层的有效厚度，并由此增加在层内光的吸收。具体地讲，作为示例，入射在像素22上的光中的至少一些光可行进穿过硅层352两次、三次或四次。
如图3A和图3B所示，微透镜310可覆盖相应的硅层302和352以将光聚焦到硅层中。在图3A和图3B所示的布置中，微透镜310可被布置成将光定向在背面反射器314/356周围。具体地讲，微透镜310可具有环形形状以确保不朝向背面反射器定向光(例如，光可相反地在背面反射器与硅层的边缘之间定向)。然而，使用环形微透镜仅仅是示例性的。一般来讲，可使用任何形状的微透镜。一般来讲，在具有背面反射器的像素中使用的微透镜可将光定向远离背面反射器/在背面反射器周围。
图4A和图4B中示出了可在像素22中使用的示例性环形透镜的顶视图。如图4A所示，环形微透镜410可具有正方形形状，该正方形形状可匹配下面的图像像素的形状，并且可在透镜的中心具有圆形开口412。圆形开口412可允许微透镜410朝向下面的图像像素的边缘区域(而不是中心区域)定向光。当使用背面反射器(诸如图3的背面反射器314和356)时，这可能是有益的，因为可将光定向在背面反射器周围并进入下面的图像像素的硅光敏区。
图4B中示出了另一个示例性环形微透镜。环形微透镜414可具有正方形开口416，而不是图4A的微透镜410的圆形开口。然而，环形微透镜410和414仅仅是示例性的。一般来讲，像素22上方的环形微透镜可具有任何所需的形状，并且可具有任何所需的开口以将光定向在背面反射器周围。在一些情况下，可能期望在环形微透镜中具有与下面的背面反射器的形状匹配的形状的开口。然而，这并不是限制性的。一般来讲，可在像素22中使用具有任何所需的开口的任何所需的微透镜。
尽管使用环形微透镜可将光定向在背面反射器周围，但一些光在被正面反射器反射之后仍可丢失。例如，图3A的反射光318中的一些反射光可不朝向背面反射器314定向。因此，该光可离开硅层302的顶部并且不被硅吸收以用于检测。因此，可能期望将入射光聚焦在正面反射器的中心，这继而可导致更多的反射光到达背面反射器。
如图5A所示，硅层502的顶部表面可为弯曲的，以形成硅透镜504。具体地讲，硅透镜504可被成形为朝向硅层502的中心聚焦光。如图所示，入射光512可穿过环形透镜510，这可确保光聚焦在背面反射器514和硅层502的边缘之间(例如，以确保光不聚焦到背面反射器514的顶部表面上)并进入硅。此时，硅透镜504可朝向硅层的中心重新定向光，如由重新定向光518所示。重新定向光518可作为反射光520反射离开正面反射器516。由于硅透镜504的结合，更多的光可朝向硅层502的中心聚焦，并且继而可在被正面反射器516反射之后聚焦在背面反射器514上。这可减少由正面反射器516反射的光的量，而仅是错过背面反射器514并离开硅层的顶部。尽管硅透镜504已被示出为球形形状，但这仅仅是示例性的。一般来讲，硅透镜504可以任何所需的方式成形，以根据需要将光聚焦在像素22内。
图5B示出了与凹入背面反射器布置结合的硅透镜554。具体地讲，硅层552的顶部表面可在硅层的侧部处弯曲到硅透镜554中，而凹槽556可在硅层的中心处在顶部表面中形成。一般来讲，这种布置可减小覆盖图像像素22的光学叠堆的物理厚度，并且可确保滤色器具有恒定的厚度。
如果需要，像素22的图5A和图5B所示的其他部件(包括微透镜、平面化层、层间电介质和任选的反射器)可与图3A和图3B所示的那些部件相同。然而，这仅仅是例示性的。一般来讲，可调节覆盖像素22的光学层中的一个或多个光学层。具体地讲，在添加硅透镜504/554的情况下，可能期望改变覆盖微透镜(诸如图5A的微透镜510)的曲率、覆盖滤色器的厚度或硅层502/552的厚度。然而，可针对这些层中的每个层选择任何属性，以确保入射光被适当地聚焦在像素22内。
在一些情况下，尽管上文结合图3-图5所述的环形微透镜可被成形为将光定向远离背面反射器(例如，远离硅层的中心)，但可能期望进一步成形透镜以改善聚焦的光的方向性。
如图6A所示，像素22可由微透镜610和平面化层612重叠。微透镜610可为环形微透镜，其可将入射光聚焦在背面反射器616周围(例如，而不是将光定向到反射器616的顶部表面上)。如前所述，这可增加到达像素22的硅以用于检测的光的量。另外，如图6A所示，环形微透镜610和平面化层612可具有凹形开口614。凹形开口614还可将光定向远离像素22的中心区域，尤其是相对于入射在微透镜610的边缘部分上的光，诸如入射光618。在这种情况下，凹形开口可增加到达硅层620的光的量，而不是完全被定向离开像素。
如图6B-图6D所示，可将具有凹形开口614的环形微透镜610施加在具有凹陷在硅层内的背面反射器630的像素22(图6B)上方，可将其施加在硅透镜640(图6C)上方，或者可将其施加在具有用于容纳背面反射器630的凹槽的硅透镜650(图6D)上方。图6A中的每一者可包括上文结合图3-图5所述的光学层和反射器层，包括但不限于滤色器、正面反射器和任选的侧反射器。
尽管图3-图6所示的像素中的每个像素可具有环形微透镜和位于单个位置的背面反射器，但这仅仅是示例性的。一般来讲，可使用任何所需的背面反射器形状、尺寸和取向，并且对应的微透镜可与背面反射器重叠，以将光定向在反射器周围并进入下面的硅层。
如图7A所示，像素22可包括环状背面反射器714。环状背面反射器714可在下面的硅层702的周边周围形成环。因为环状背面反射器714位于像素22的周边而不是中心处，所以可使用球形微透镜710代替环形微透镜。具体地讲，球形微透镜710可朝向像素22的中心和环状背面反射器714的中心聚焦光。这样，入射在像素22上的光可穿过背面反射器的中心并且被正面反射器716反射。如果需要，像素22可包括上文结合图3-图6所述的其他层。这些层可包括但不限于平面化层708、滤色器706、任选的反射器724和726以及层间电介质704。
环状背面反射器714可具有如图7A所示的平面上表面和平面下表面，或者反射器可具有弯曲表面(例如，凹形表面或凸形表面)。此外，环状背面反射器714可具有圆形环状、矩形环状或任何其他所需的环状。环状背面反射器714可由金属或金属的合金形成，诸如钨、铝、钛、氮化钛、钽或氮化钽。然而，这仅仅是例示性的。一般来讲，像素22中的反射器可由任何所需的材料形成，诸如陶瓷、聚合物、其他金属或复合材料。
环状背面反射器和球形微透镜可结合到先前讨论的布置中的任何布置中。具体地讲，如图7B-图7D所示，环状背面反射器730可被硅层中的凹槽732(图7B)容纳，可与硅透镜740(图7C)重叠，或者可被硅透镜750中的凹槽752(图7D)容纳。
虽然已示出像素22在图7A-图7D中的每一者中具有球形微透镜710，这仅仅是示例性的。任何所需的微透镜可与具有环状背面反射器的像素重叠。一般来讲，微透镜可被选择并被配置为将光定向穿过下面的环状微透镜的中心，以确保光到达下面的硅层以用于由像素22检测。
一般来讲，图像像素阵列(诸如图2的阵列20)内的任何所需的像素22可包括背面反射器和正面反射器，诸如结合图3-图7所述的那些背面反射器和正面反射器。如果需要，像素中的所有像素可包括背面反射器和正面反射器，作为示例，每个其他像素可包括背面反射器和正面反射器，或者四个像素中的一个像素可包括背面反射器和正面反射器。在一个示例中，可能期望在被配置为检测红外波长和/或近红外波长的光的像素阵列内具有一些像素。像素阵列内的其他像素可检测可见波长的光。被配置为检测红外波长/近红外波长的光的像素可包括背面反射器和正面反射器，而被配置为检测可见光的像素可不包括反射器。图8中示出了该布置的示例。
如图8所示，图像像素阵列20可包括像素的重复2×2单位格。每个2×2格可包括被配置为响应于红光(红色图像像素)而生成电荷的像素、被配置为响应于绿光(绿色图像像素)而生成电荷的像素、被配置为响应于蓝光(蓝色图像像素)而生成电荷的像素、和被配置为响应于红外光(红外像素)而生成电荷的像素。在该布置中，阵列20中的红外像素可包括背面反射器和正面反射器以增加像素的有效厚度，而红色像素、绿色像素和蓝色像素可不具有背面反射器和/或正面反射器。另外地，红外像素和绿色像素可包括背面反射器和正面反射器，而红色像素和蓝色像素可不包括背面反射器和/或正面反射器。然而，该布置仅为示例性的。一般来讲，像素阵列20可具有图像像素，该图像像素被配置为响应于任何所需的波长而生成电荷并且被布置成任何所需的图案。此外，阵列20内的任何所需的图像像素可包括背面反射器和/或正面反射器以增加像素的有效厚度。
根据各种实施方案，图像传感器像素可被配置为响应入射光而生成电荷并且可包括具有相对的第一表面和第二表面的半导体层，并且入射光可穿过第一表面。图像传感器像素还可包括：第一反射器和第二反射器，其中半导体层插置在第一反射器和第二反射器之间；以及将光定向到半导体层中的微透镜。
根据一个实施方案，图像传感器像素还可包括插置在半导体层的第一表面与微透镜之间的滤色器，并且第一反射器可为背面反射器。如果需要，半导体的第一表面的一部分可形成凹槽，并且背面反射器的至少一部分可延伸到凹槽中。
根据一个实施方案，图像传感器像素还可包括耦接到半导体层的第二表面的电介质层，并且第二反射器可为嵌入在电介质层中的正面反射器。在一些实施方案中，微透镜可为环形微透镜，并且环形微透镜可被配置为将光定向在背面反射器周围并进入半导体层。图像传感器像素还可包括位于环形微透镜和滤色器之间的平面化层。如果需要，平面化层可具有开口，并且平面化层中的开口和环形微透镜中的中心开口可形成凹形结构以将光聚焦在背面反射器周围并进入半导体层。在一些实施方案中，背面反射器可为环状背面反射器，并且微透镜可为球形微透镜，该球形微透镜被配置为将光定向穿过环状背面反射器的中心部分并进入半导体层。
根据一个实施方案，图像传感器像素还可包括第三反射器和第四反射器，该第三反射器和该第四反射器形成于半导体层的侧表面上。第三反射器和第四反射器可为背面深槽隔离反射器或正面深槽隔离反射器。第三反射器和第四反射器可完全或部分延伸穿过半导体层。
根据一个实施方案，第一反射器和第二反射器可由钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽、陶瓷或聚合物形成。半导体层可由硅形成，并且半导体层的第一表面可为弯曲的，以形成硅透镜，该硅透镜被配置为朝向硅层的中心聚焦光。如果需要，硅透镜可具有形成凹槽的部分，并且第一反射器的至少一部分可延伸到凹槽中。
根据各种实施方案，图像传感器像素阵列可被配置为响应于入射光而生成电荷，并且可包括被配置为响应于第一颜色的光而生成电荷的第一图像传感器像素、被配置为响应于第二颜色的光而生成电荷的第二图像传感器像素、和被配置为响应于红外光而生成电荷的红外图像传感器像素。红外图像传感器像素可包括：具有相对的第一表面和第二表面的半导体层；正面反射器和背面反射器；和与半导体层、正面反射器和背面反射器重叠并且被配置为将光定向到半导体层中的微透镜。入射光可穿过半导体层的第一表面，并且半导体层可插置在正面反射器与背面反射器之间。
根据一个实施方案，图像传感器像素阵列还可包括被配置为响应于第三颜色的光而生成电荷的第三图像传感器像素。第一图像传感器像素、第二图像传感器像素、第三图像传感器像素和红外图像传感器像素可被布置成2×2单位格，该单位格在图像传感器像素阵列上重复。第一颜色、第二颜色和第三颜色可为可见颜色，并且第一图像传感器像素、第二图像传感器像素和第三图像传感器像素中的至少一者可不具有正面反射器和/或背面反射器。作为示例，第一颜色可为红色，第二颜色可为蓝色，并且第三颜色可为绿色。
根据一个实施方案，半导体层可为硅层，并且硅层的第一表面可为弯曲的，以形成透镜，该透镜朝向硅层的中心部分定向光。
根据一个实施方案，第一图像传感器像素和第二图像传感器像素中的每一者可包括半导体层，并且第一图像传感器像素、第二图像传感器像素和红外图像传感器像素的半导体层的厚度可小于五微米。
根据各种实施方案，图像传感器像素可被配置为响应于红外光而生成电荷，并且可包括：具有相对的第一表面和第二表面的光敏区；与光敏区重叠的环形微透镜；插置在环形微透镜和光敏区的第一表面之间的第一反射器；和邻近光敏区的第二表面的第二反射器。
根据一个实施方案，光敏区还可包括从第一表面延伸到第二表面的边缘表面，并且图像传感器像素还可包括位于光敏区的边缘表面的至少一些边缘表面上的第三反射器和第四反射器。
根据一个实施方案，光敏区的第一表面可为弯曲的，以形成透镜，该透镜被配置为朝向光敏区的中心部分定向光。
根据一个实施方案，公开了一种图像传感器像素，其可被配置为响应于入射光而生成电荷，并且图像传感器像素可包括具有相对的第一表面和第二表面的半导体层。入射光可穿过第一表面。图像传感器像素还可包括第一反射器和第二反射器，半导体层可插置在第一反射器和第二反射器之间，并且图像传感器像素还可包括被配置为将光定向到半导体层的微透镜。
根据另一个实施方案，图像传感器像素还可包括插置在半导体层的第一表面与微透镜之间的滤色器。第一反射器可为背面反射器，半导体层的第一表面的一部分可形成凹槽，并且背面反射器的至少一部分可延伸到凹槽中。
根据另一个实施方案，图像传感器像素还可包括插置在半导体层的第一表面与微透镜之间的滤色器。第一反射器可为背面反射器。图像传感器像素还可包括耦接到半导体层的第二表面的电介质层，并且第二反射器可为嵌入在电介质层中的正面反射器。
根据另一个实施方案，微透镜可为环形微透镜，并且环形微透镜可被配置为将光定向在背面反射器周围并进入半导体层。图像传感器像素还可包括位于环形微透镜和滤色器之间的平面化层，平面化层可具有开口，并且平面化层中的开口和环形微透镜中的中心开口可形成凹形结构以将光聚焦在背面反射器周围并进入半导体层。
根据另一个实施方案，背面反射器可为环状背面反射器，并且微透镜可为球形微透镜，该球形微透镜被配置为将光定向穿过环状背面反射器的中心部分并进入半导体层。
根据另一个实施方案，图像传感器像素还可包括形成于半导体层的侧表面上的第三反射器和第四反射器，并且第三反射器和第四反射器可选自：背面深槽隔离反射器和正面深槽隔离反射器。第一反射器和第二反射器可由选自下列的材料形成：钨、铝、钛、氮化钛、钽、氮化钽、陶瓷和聚合物。
根据另一个实施方案，半导体层可由硅形成，硅层的第一表面可为弯曲的，以形成硅透镜，该硅透镜被配置为朝向硅层的中心部分聚焦光，并且硅透镜可具有形成凹槽的部分，并且其中第一反射器的至少一部分延伸到凹槽中。
根据一个实施方案，公开了一种图像传感器像素阵列，该图像传感器像素被配置为响应于入射光而生成电荷，该图像传感器像素阵列可包括被配置为响应于第一颜色的光而生成电荷的第一图像传感器像素、被配置为响应于第二颜色的光而生成电荷的第二图像传感器像素、和被配置为响应于红外光而生成电荷的红外图像传感器像素。红外图像传感器像素中的每个红外图像传感器像素可包括：具有相对的第一表面和第二表面的半导体层，其中入射光穿过第一表面；正面反射器和背面反射器，其中半导体层插置在正面反射器和背面反射器之间；和与半导体层、正面反射器和背面反射器重叠并且被配置为将光定向到半导体层中的微透镜。
根据另一个实施方案，图像传感器像素阵列还可包括被配置为响应于第三颜色的光而生成电荷的第三图像传感器像素。第一图像传感器像素、第二图像传感器像素、第三图像传感器像素和红外图像传感器像素可被布置成2×2单位格，该单位格在图像传感器像素阵列上重复，第一图像传感器像素、第二图像传感器像素和第三图像传感器像素中的至少一者可不具有背面反射器，并且第一颜色可为红色，第二颜色可为蓝色，并且第三颜色可为绿色。
根据一个实施方案，公开了一种图像传感器像素，该图像传感器像素被配置为响应于红外光而生成电荷，可包括：具有相对的第一表面和第二表面的光敏区；与光敏区重叠的环形微透镜；插置在环形微透镜和光敏区的第一表面之间的第一反射器；和邻近光敏区的第二表面的第二反射器。
上述内容仅仅为例示性的，并且可对所描述的实施方案进行各种修改。上述实施方案可单个实施或以任意组合方式实施。

Claims (10)

1.一种图像传感器像素，所述图像传感器像素被配置为响应于入射光而生成电荷，其特征在于，所述图像传感器像素包括：
半导体层，所述半导体层具有相对的第一表面和第二表面，其中，所述入射光穿过所述第一表面；
第一反射器和第二反射器，其中，所述半导体层插置在所述第一反射器和所述第二反射器之间；和
微透镜，所述微透镜被配置为将光定向到所述半导体层中。
2.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素还包括滤色器，所述滤色器插置在所述半导体层的所述第一表面与所述微透镜之间，其中，所述第一反射器为背面反射器，其中，所述半导体层的所述第一表面的一部分形成凹槽，并且其中，所述背面反射器的至少一部分延伸到所述凹槽中。
3.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素还包括滤色器，所述滤色器插置在所述半导体层的所述第一表面与所述微透镜之间，其中，所述第一反射器为背面反射器，并且还包括电介质层，所述电介质层耦接到所述半导体层的所述第二表面，其中，所述第二反射器为嵌入在所述电介质层中的正面反射器。
4.根据权利要求3所述的图像传感器像素，其特征在于，所述微透镜为环形微透镜，其中，所述环形微透镜被配置为将所述光定向在所述背面反射器周围并进入所述半导体层，所述图像传感器像素还包括：
位于所述环形微透镜和所述滤色器之间的平面化层，其中，所述平面化层具有开口，并且其中，所述平面化层中的所述开口和所述环形微透镜中的中心开口形成凹形结构以将光聚焦在所述背面反射器周围并进入所述半导体层。
5.根据权利要求3所述的图像传感器像素，其特征在于，所述背面反射器为环状背面反射器，其中，所述微透镜为球形微透镜，所述球形微透镜被配置为将所述光定向穿过所述环状背面反射器的中心部分并进入所述半导体层。
6.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其特征在于，所述图像传感器像素还包括：
第三反射器和第四反射器，所述第三反射器和所述第四反射器形成于所述半导体层的侧表面上，其中，所述第三反射器和所述第四反射器选自：背面深槽隔离反射器和正面深槽隔离反射器。
7.根据权利要求1所述的图像传感器像素，其特征在于，所述半导体层由硅形成，其中，所述半导体层的所述第一表面为弯曲的，以形成硅透镜，所述硅透镜被配置为朝向所述半导体层的中心部分聚焦光，其中，所述硅透镜具有形成凹槽的部分，并且其中，所述第一反射器的至少一部分延伸到所述凹槽中。
8.一种图像传感器像素阵列，所述图像传感器像素被配置为响应于入射光而生成电荷，其特征在于，所述图像传感器像素阵列包括：
第一图像传感器像素，所述第一图像传感器像素被配置为响应于第一颜色的光而生成电荷；
第二图像传感器像素，所述第二图像传感器像素被配置为响应于第二颜色的光而生成电荷；和
红外图像传感器像素，所述红外图像传感器像素被配置为响应于红外光而生成电荷，其中，所述红外图像传感器像素中的每个红外图像传感器像素包括：
半导体层，所述半导体层具有相对的第一表面和第二表面，其中，所述入射光穿过所述第一表面，
正面反射器和背面反射器，其中，所述半导体层插置在所述正面反射器和所述背面反射器之间，和
微透镜，所述微透镜与所述半导体层、所述正面反射器和所述背面反射器重叠并且被配置为将光定向到所述半导体层中。
9.根据权利要求8所述的图像传感器像素阵列，其特征在于，所述图像传感器像素阵列还包括：
第三图像传感器像素，所述第三图像传感器像素被配置为响应于第三颜色的光而生成电荷，其中，所述第一图像传感器像素、所述第二图像传感器像素、所述第三图像传感器像素和所述红外图像传感器像素被布置成2×2单位格，所述单位格在所述图像传感器像素阵列上重复，其中，所述第一图像传感器像素、所述第二图像传感器像素和所述第三图像传感器像素中的至少一者不具有背面反射器，并且其中，所述第一颜色为红色，所述第二颜色为蓝色，并且所述第三颜色为绿色。
10.一种图像传感器像素，所述图像传感器像素被配置为响应于红外光而生成电荷，其特征在于，所述图像传感器像素包括：
光敏区，所述光敏区具有相对的第一表面和第二表面；
环形微透镜，所述环形微透镜与所述光敏区重叠；
第一反射器，所述第一反射器插置在所述环形微透镜和所述光敏区的所述第一表面之间；和
第二反射器，所述第二反射器邻近所述光敏区的所述第二表面。
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