[发明专利]像素单元、图像传感器、摄像头组件和电子设备

说明书

本发明公开了一种像素单元、图像传感器、摄像头组件和电子设备，涉及图像传感器的技术领域，解决相关技术中像素单元对于波长较长的入射光的吸收率较低，相邻两个像素单元之间容易发生光串扰的技术问题。像素单元包括半导体衬底、光敏元件和金属布线层。金属布线层设置于半导体衬底远离光敏元件的受光面的一侧。金属布线层包括层间介质、多层金属布线和调光结构。多层金属布线嵌入于层间介质内，且与光敏元件电连接。调光结构嵌入于层间介质内。调光结构在半导体衬底上的垂直投影，与光敏元件在半导体衬底上垂直投影的至少部分重叠。调光结构用于将至少部分照射至调光结构的光线聚拢至光敏元件。本发明提供的像素单元用于将光信号转换为电信号。

技术领域

本发明涉及图像传感器的技术领域，尤其涉及一种像素单元、一种图像传感器、一种摄像头组件和一种电子设备。

背景技术

图像传感器包括多个像素单元，像素单元内设置有光敏元件，使得像素单元能够将接收到的光信号转换为电信号，从而使得图像传感器能够实现图像采集功能。

在相关技术中，像素单元对于长波长的入射光，例如近红外光或者红外光的吸收效率相对较低，造成近红外成像困难，并且相邻的两个像素单元之间容易发生光串扰，降低了图像传感器的使用可靠性。

发明内容

为了解决相关技术中像素单元对于长波长的入射光的吸收效率低，以及相邻两个像素单元之间容易发生光串扰这一技术问题，本发明的实施例提供了一种像素单元、一种图像传感器，一种摄像头组件和一种电子设备。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本发明的实施例提供了一种像素单元，包括半导体衬底、光敏元件和金属布线层。光敏元件的至少部分嵌入于半导体衬底内。光敏元件具有受光面，金属布线层设置于半导体衬底远离受光面的一侧。其中，金属布线层包括层间介质、多层金属布线和调光结构。多层金属布线嵌入于层间介质内，多层金属布线与光敏元件电连接。调光结构嵌入于层间介质内。调光结构在半导体衬底上的垂直投影，与光敏元件在半导体衬底上垂直投影的至少部分重叠。调光结构用于将至少部分照射至调光结构的光线聚拢至光敏元件。

本发明的实施例通过将调光结构嵌入在层间介质内，并且调光结构在半导体衬底上的垂直投影，与光敏元件在半导体衬底上垂直投影的至少部分重叠，也即是调光结构的设置位置与光敏元件的设置位置相对应，从而当波长较长的光线(例如红外光或者近红外光等)穿过光敏元件并照射至调光结构时，能够被调光结构反射并聚拢至对应的光敏元件，提高光敏元件对于光线(尤其是波长较长的光线，例如近红外光或者红外光)的吸收率，增强了波长较长的光线的量子效率，提高近红外成像质量，从而提高像素单元的使用性能。

同时，通过设置调光结构将穿过光敏元件的光线反射至对应的光敏元件，还能够减少进入到层间介质内的光线强度，避免了光线在层间介质内的金属布线或者其他结构的反射作用下，照射到其余的光敏元件上，从而减小了相邻两个光敏元件之间产生的光串扰，也即是减小了相邻两个像素单元之间的光串扰，提高了图像传感器的使用可靠性。

可选的，金属布线层靠近半导体衬底一侧的表面开设有容纳孔。调光结构包括阻挡层和调光部。阻挡层覆盖容纳孔的内壁。调光部嵌入于容纳孔内。调光部的光折射率不大于半导体衬底的光折射率，且大于层间介质的光折射率。通过设置调光部的光折射率大于层间介质的光折射率，使得穿过光敏元件并照射至调光部的光线能够在调光部与层间介质的接触面发生全反射。并且，由于调光部的光折射率不大于半导体衬底的光折射，从而调光部内的光线能够再次照射进入到半导体衬底内，也即是使得穿过光敏元件的光线能够再次照射至光敏元件并被吸收，提高了光敏元件对于光线(尤其是波长较长的光线，例如近红外光或者红外光)的吸收率，增强了波长较长的光线的量子效率。同时，还能够避免光线被金属布线层内的金属布线等结构反射至其他的光敏元件，从而减小了相邻两个光敏元件之间的光串扰，也即是减小了相邻两个像素单元之间的光串扰，提高了图像传感器的使用可靠性。