感光像素陣列、環(huán)境光傳感器和距離傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)明名稱感光像素陣列、環(huán)境光傳感 器和距離傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)如今，越來(lái)越多的環(huán)境光傳感器和距離傳感器應(yīng)用于手機(jī)和平板電腦中。環(huán) 境光傳感器和距離傳感器對(duì)感光元件的主要要求是在較弱的光強(qiáng)和較強(qiáng)的光強(qiáng)時(shí)都有 較好的線性響應(yīng)?，F(xiàn)有環(huán)境光傳感器和距離傳感器主要應(yīng)用的感光元件是由面積較大 (0.5mmX0. 5mm以上）的光電二極管（photo diode, PD)形成的感光陣列。然而使用這種 光電二極管的缺點(diǎn)是，所述光電二極管的面積必須較大，同時(shí)這種光電二極近的噪聲較大， 在光強(qiáng)較弱的時(shí)候，其有效信號(hào)很小，幾乎等于系統(tǒng)中的底部噪聲。
[0003] 為了提高環(huán)境光傳感器和距離傳感器的性能，需要尋找一種新的感光元件，以提 高環(huán)境光傳感器和距離傳感器的感光性能。
[0004] 然而，現(xiàn)有感光像素陣列由于存在動(dòng)態(tài)范圍受其光電二極管滿阱（full well)限 制的不足，很難運(yùn)用在環(huán)境光傳感器和距離傳感器。
[0005] 感光像素陣列中，CMOS像素陣列可以實(shí)現(xiàn)靈敏的光響應(yīng)，在光強(qiáng)較弱的時(shí)候仍可 以產(chǎn)生較強(qiáng)的光電信號(hào)（此光電信號(hào)遠(yuǎn)大于系統(tǒng)中的噪聲）。現(xiàn)有CMOS像素陣列通常用于 CMOS圖像傳感器中，而CMOS圖像傳感器通常由像素陣列和外圍電路組成。CMOS圖像傳感 器的像素分為無(wú)源像素和有源像素兩種。有源像素 （Active Pixel)相較無(wú)源像素而言具 有諸多優(yōu)點(diǎn)（如光響應(yīng)靈敏度高、噪音小、速度快和功耗小等等），成為目前主要研究和應(yīng) 用的產(chǎn)品。通常所述的CMOS圖像傳感器指有源像素 CMOS圖像傳感器?，F(xiàn)有有源像素 CMOS 圖像傳感器根據(jù)晶體管的數(shù)目的不同，可分為3晶體管、4晶體管5晶體管等類型。其工作 原理是：像素單元中的光電二極管在感受到光信號(hào)的時(shí)候會(huì)將光子轉(zhuǎn)換成等比數(shù)量的電荷 (電子或者空穴），電荷在光電二極管中積累，光強(qiáng)越高，則積累的電荷越多。積累的電荷會(huì) 在浮置擴(kuò)散區(qū)（Floating Diffusion，F(xiàn)D)上產(chǎn)生Q/Cpara大小的電壓變化，其中Q為對(duì)應(yīng) 光強(qiáng)積累的電荷，Cpara為FD上的寄生電容。此電壓變化通過(guò)晶體管傳導(dǎo)出去，通過(guò)模擬 數(shù)字轉(zhuǎn)換器進(jìn)行量化，即可以得到數(shù)字化得光強(qiáng)信息。
[0006] 請(qǐng)參考圖1，示出了現(xiàn)有CMOS像素陣列中光電二極管（亦即像素單元）的光響應(yīng) 電壓曲線示意圖。
[0007] 光電二極管通常處在一定的反偏電壓下，如果光強(qiáng)太強(qiáng)，超出光電二極管的滿阱 電荷，光電二極管的響應(yīng)電壓位于飽和區(qū)的線段BC，部分光子無(wú)法被采集，信號(hào)采集失敗； 如果入射光太弱，產(chǎn)生的光電子少于噪聲電子，光響應(yīng)電壓處于線性區(qū)線段AB下方，光電 二極管未能做出響應(yīng)，信號(hào)采集失敗；只有光強(qiáng)落在線性區(qū)的線段AB對(duì)應(yīng)的范圍內(nèi)，光電 二極管才能采集到有效的信號(hào)，此時(shí)光電二極管的響應(yīng)電壓處于線性區(qū)的線段AB。可見(jiàn)，現(xiàn) 有CMOS像素陣列的動(dòng)態(tài)范圍太小。
[0008] 現(xiàn)有技術(shù)中解決CMOS像素陣列動(dòng)態(tài)范圍太小的方法，通常是根據(jù)所應(yīng)用的入射 光的強(qiáng)度來(lái)分別計(jì)算設(shè)計(jì)光電二極管的面積，在光強(qiáng)范圍較大的時(shí)候，需要按照最弱的光 強(qiáng)來(lái)設(shè)置感光面積，因?yàn)楦泄饷娴拿娣e越大，則能夠感受更低強(qiáng)度的光強(qiáng)，并且一種應(yīng)用需 要使用一種面積，同時(shí)需要使用一套固定的光照，各應(yīng)用之間不能兼容。
[0009] 為此，需要一種新的感光像素陣列，以擴(kuò)大感光像素陣列的動(dòng)態(tài)范圍，從而使感光 像素陣列能夠更好地運(yùn)用于環(huán)境光傳感器和距離傳感器中，提高環(huán)境光傳感器和距離傳感 器的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種感光像素陣列、環(huán)境光傳感器和距離傳感器，所述 感光像素陣列的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)大，因此，可以更好地運(yùn)用于環(huán)境光傳感器和距離傳感器中，并 使環(huán)境光傳感器和距離傳感器的性能提高。
[0011] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種感光像素陣列，包括：
[0012] N個(gè)像素單元，所述N個(gè)像素單元的原始感光面面積相同，其中，N為大于或者等于 二的自然數(shù)；
[0013] 所述N個(gè)像素單元中，第η個(gè)像素單元的表露感光面面積等于其原始感光面面積 的k(n υ倍，其中，k為0. 1~0. 9, η為一至N的任意自然數(shù)。
[0014] 可選的，k為0.5, N等于四。
[0015] 可選的，所述四個(gè)像素單元成兩行兩列的矩陣排布。
[0016] 可選的，所述四個(gè)像素單元中，第二個(gè)像素單元的原始感光面上方具有第一阻擋 層，所述第一阻擋層暴露出所述第二個(gè)像素單元的表露感光面；第三個(gè)像素單元的原始感 光面上方具有第二阻擋層，所述第二阻擋層暴露出所述第三個(gè)像素單元的表露感光面；第 四個(gè)像素單元的原始感光面上方具有第三阻擋層，所述第三阻擋層暴露出所述第四個(gè)像素 單兀的表露感光面。
[0017] 可選的，所述第一阻擋層、第二阻擋層和第三阻擋層的材料包括鑰、鋁或者銅。
[0018] 可選的，所述第一阻擋層、第二阻擋層和第三阻擋層的厚度為500A~30000Α?
[0019] 可選的，所述第一阻擋層、第二阻擋層和第三阻擋層的俯視圖形為矩形環(huán)。
[0020] 可選的，所述感光像素陣列還包括覆蓋所述N個(gè)像素單元的層間介質(zhì)層，所述第 一阻擋層、第二阻擋層和第三阻擋層與位于所述層間介質(zhì)層上。
[0021] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種環(huán)境光傳感器，所述環(huán)境光傳感器采用感 光像素陣列，所述感光像素陣列包括：
[0022] N個(gè)像素單元，所述N個(gè)像素單元的原始感光面面積相同，其中，N為大于或者等于 2的自然數(shù)；
[0023] 所述N個(gè)像素單元中，第η個(gè)像素單元的表露感光面面積等于其原始感光面面積 的k(n υ倍，其中，k為0. 1~0. 9, η為一至N的任意自然數(shù)。
[0024] 為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種距離傳感器，所述距離傳感器采用感光像 素陣列，所述感光像素陣列包括：
[0025] N個(gè)像素單元，所述N個(gè)像素單元的原始感光面面積相同，其中，N為大于或者等于 2的自然數(shù)；
[0026] 所述N個(gè)像素單元中，第η個(gè)像素單元的表露感光面面積等于其原始感光面面積 的k(n υ倍，其中，k為0. 1~0. 9, η為一至N的任意自然數(shù)。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0028] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，提供具有N個(gè)像素單元的感光像素陣列，所述N個(gè)像素單 元的原始感光面面積相同，其中，N為大于或者等于二的自然數(shù)，并且，所述N個(gè)像素單元 中，第η個(gè)像素單元的表露感光面面積等于其原始感光面面積的k (n Ii倍，其中，k為0. 1~ 0. 9, η為一至N的任意自然數(shù)。由于第η個(gè)像素單元的表露感光面面積等于其原始感光面 面積的k(nl)倍，這樣，每個(gè)像素單元的動(dòng)態(tài)范圍不同，N個(gè)像素單元可以具有N個(gè)不同的動(dòng) 態(tài)范圍，并且這N個(gè)不同的動(dòng)態(tài)范圍兩兩之間不完全重疊，因此，所述感光像素陣列的動(dòng)態(tài) 范圍大于其中任何一個(gè)像素單元的動(dòng)態(tài)范圍，從而使整個(gè)感光像素