CN101409299A - 图像传感器装置 - Google Patents

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CN101409299A CNA2008100821188A CN200810082118A CN101409299A CN 101409299 A CN101409299 A CN 101409299A CN A2008100821188 A CNA2008100821188 A CN A2008100821188A CN 200810082118 A CN200810082118 A CN 200810082118A CN 101409299 A CN101409299 A CN 101409299A
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Abstract

本发明揭示一种图像传感器装置，其具有多个单位像素，每个上述单位像素包含：一基底，上述基底具有水平排列成一行的多个光学二极管，且上述光学二极管之间具有至少一斜边边界区；以及一非吸收性的分光装置，位于上述基底上或其上方，上述非吸收性的分光装置使入射的白光发生色散，而分成多个成分色光，上述成分色光是依照其波长大小顺序排成一行，上述非吸收性的分光装置并导引上述成分色光，而使上述成分色光入射至上述光学二极管。

Description

图像传感器装置
技术领域
本发明涉及半导体技术，特别涉及一图像传感器装置。
背景技术
传统上，使用结晶体硅、非晶硅、及砷化镓等半导体材料的P-N结或P-I-N结的装置可作为图像传感器装置。上述图像传感器装置是排列在两个方向，而成为一平面型的图像传感器装置；或排列在一个方向，而成为线型传感器。
一滤光系统常用于上述图像传感器装置与上述线型传感器，上述滤光系统具有多个彩色滤光片，每个彩色滤光片可允许特定波长范围的光透射其本身，而作为色分离的用途。一例示的滤光系统中具有三原色的彩色滤光片，上述三原色即为红、绿、蓝；而另一例示的滤光系统中具有青色(cyanogen)、洋红色(magenta)、黄色、与绿色的彩色滤光片。
然而上述滤光系统具有一个问题，即是其中的彩色滤光片会吸收通过其本身的光能量的一部分，因此业界需要低损失的滤光器，来避免光损失的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的优选实施例提供一种图像传感器装置，当光通过时可避免光损失的发生。
本发明的一优选实施例提供一种图像传感器装置，包含：一基底，上述基底具有水平排列成一行的多个光学二极管，且上述光学二极管之间具有至少一斜边边界区；以及一非吸收性的分光装置，位于上述基底上或其上方，上述非吸收性的分光装置使入射的白光发生色散，而分成多个成分色光，上述成分色光是依照其波长大小顺序排成一行，上述非吸收性的分光装置并导引上述成分色光，而使上述成分色光入射至上述光学二极管。
本发明的另一优选实施例又提供一种图像传感器装置，包含：一基底，上述基底具有一矩形的单位像素区于其一表面；至少一斜边边界区，将上述单位像素区分成排列成一行的多个光学二极管区；多个光学二极管，分别置于上述光学二极管区中；以及一非吸收性的分光装置，位于上述基底上或其上方，上述非吸收性的分光装置使入射的白光发生色散，而分成多个成分色光，上述成分色光是依照其波长大小顺序排成一行，上述非吸收性的分光装置并导引上述成分色光，而使上述成分色光入射至上述光学二极管。
本发明的另一优选实施例又提供一种图像传感器装置，包含：一基底，上述基底具有互为相反表面的一第一表面与一第二表面，且上述基底具有水平排列成一行的多个光学二极管，且上述光学二极管之间具有至少一斜边边界区；一非吸收性的分光装置，位于上述基底上或其上方，上述非吸收性的分光装置使入射的白光发生色散，而分成多个成分色光，上述成分色光是依照其波长大小顺序排成一行，上述非吸收性的分光装置并导引上述成分色光，而使上述成分色光入射至上述光学二极管；以及一光学二极管接点于上述基底的上述第二表面上。
如上所述，本发明的图像传感器装置在对入射白光进行色散的过程中实质上未造成光线能量的损失，且在不同的光二极管之间具有过渡区，而可改善图像传感器装置的性能。
附图说明
图1为一俯视图，显示本发明一优选实施例的图像传感器装置。
图2A与图2B为一系列的剖面图，显示图1所示的本发明优选实施例的图像传感器装置的其中一个单位像素。
图3A～图3D为一系列的剖面图，显示图1所示的本发明优选实施例的非吸收性的分光装置的数个范例。图4A和图4B为示意图，显示图2A所示的本发明一优选实施例的图像传感器装置中的光学二极管的排列方式。
其中，附图标记说明如下：
1～图像传感器装置     10～单位像素
20～白光              21～红光
22～绿光              23～蓝光
100～基底             100a～第一表面
100b～第二表面             101a～光学二极管区
101b～光学二极管区         102a～光学二极管区
102b～光学二极管区         103a～光学二极管区
103b～光学二极管区         111～光学二极管
111a～主要部分             111aa～光学二极管接点
111b～绿光过渡区           112～光学二极管
112a～主要部分             112aa～光学二极管接点
112b～红光过渡区           112c～蓝光过渡区
113～光学二极管            113a～主要部分
113aa～光学二极管接点      113b～绿光过渡区
114～斜边边界区            115～斜边边界区
116～光学二极管            116a～光学二极管接点
117～光学二极管            117a～光学二极管接点
118～光学二极管            118a～光学二极管接点
119a～斜边边界区           119b～斜边边界区
120～非吸收性的分光装置    120a～棱镜
120b～透明薄膜             120c～透明薄膜
120d～不透明柱状物         121b～图形
121c～锯齿状的表面         401～曲线
402～曲线                  403～曲线
A1～区域                   A2～区域
具体实施方式
为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：
图1为一俯视图，显示本发明一优选实施例的图像传感器装置1。图像传感器装置1包含多个单位像素10，而单位像素10是位于具有多个光学二极管的一基底100上；图像传感器装置1还在每个单位像素10中各包含一非吸收性的分光装置120。另外，图1中标示为“X”的箭头是代表一参考的行方向。在本实施例中，单位像素10是排列成一阵列；而在其它的实施例中，单位像素10可排成一行或一列；在另外的实施例中，可任意排列单位像素10。
图2A与图2B为一系列的剖面图，显示图1所示的本发明优选实施例的图像传感器装置1的其中一个单位像素10。在图2A中，图像传感器装置1为一背面受光的装置；在图2B中，图像传感器装置1为一前面受光的装置。
在图2A中，基底100具有互为相反面的一第一表面100a与一第二表面100b。在本实施例中，第一表面100a是接收光的照射，而光学二极管的接点与图像传感器装置1的周边电路是形成于第二表面100b上。由于在本实施例中，第二表面100b是作为装置的前面，而第一表面100a是作为装置的背面，故图像传感器装置1为一背面受光的装置。
基底100具有水平排列成一行的多个光学二极管，排列方向如箭头X所示。在图2A与图2B中所示的本发明优选实施例中，基底100是在每个单位像素10中具有三个光学二极管。请注意在图2A与图2B中所绘示的每个单位像素10中所具有的光学晶体管数量仅仅是本发明的其中一例，而不应用以限制本发明的范围，任何本发明所属技术领域的普通技术人员，均可视需求调整、改变每个单位像素中所配置的光学二极管的数量。
在图2A中，基底100具有水平排列成一行的光学二极管111、112、与113，排列方向如箭头X所示。具体而言，基底100的第二表面100b是具有水平排列成一行的光学二极管区101b、102b、与103b，排列方向如箭头X所示，而光学二极管111、112、与113则分别置于光学二极管区101b、102b、与103b中。斜边边界区114置于光学二极管111与112(光学二极管区101b与102b)之间，而斜边边界区115则置于光学二极管112与113b(光学二极管区102b与103b)之间。关于斜边边界区114与115的“斜角”的情况，在后文中会作详细的叙述。在本实施例中，光学二极管111、112、与113是用以检测、感应可见光；而在其它实施例中，基底100可包含其它种类的光学二极管，用来检测、感应其它种类的电磁波例如红外线、紫外线、或其它的电磁波。光学二极管111、112、与113分别包含光学二极管接点111aa、112aa、与113aa于基底100的第二表面100b上，而光学二极管接点111aa、112aa、与113aa并非形成于用以接收光照的第一表面100a上，因此不会影响到光学二极管111、112、与113的有效受光面积。光学二极管111、112、与113的周边电路可形成于第二表面100b上，为了简洁地说明本发明的核心特征，故将其省略而未绘示于附图中。
基底100为一半导体基底，其可具有任何已知的元素半导体材料或化合物半导体材料，但在本实施例中，基底100为一硅基底，经由离子注入工艺分别在光学二极管区101b、102b、与103b中注入已知的N型或P型的掺杂物，而形成光学二极管111、112、与113。在本实施例中，基底100可具有适当的厚度使光线可通过其本身，并足以维持足够的基板强度。任何本发明所属技术领域的普通技术人员，均可使用示例性的实验，来达成适合其自身的理想基板厚度。
非吸收性的分光装置120是位于基底100上或其上方。在某些实施例中，非吸收性的分光装置120可形成于基底100的第一表面100a或第二表面100b上；在某些实施例中，可配置与基底100对向的另一基底，而可将非吸收性的分光装置120形成于此另一基底上；而在本实施例中，非吸收性的分光装置120则是位于基底100的第一表面100a上。
非吸收性的分光装置120是使入射的白光20发生色散，而分成多个成分色光，所述成分色光是依照其波长大小顺序排成一行(如箭头X所指示的方向)，非吸收性的分光装置120并导引上述成分色光，而使上述成分色光入射至光学二极管。例如在图2A中，光学二极管111、112、与113的设计是分别用来检测红光、绿光、与蓝光，且非吸收性的分光装置120是使来自外界环境或一光源(未绘示)的入射白光20发生色散，而分成依序排列的红光21、绿光22、与蓝光23，三者是排成一行(如箭头X所指示的方向)。而非吸收性的分光装置120是将红光21导引并入射至光学二极管111、将绿光22导引并入射至光学二极管112、且将蓝光23导引并入射至光学二极管113。非吸收性的分光装置120可选自下列所组成的族群：一棱镜(prism)、一衍射棱镜(diffractive prism)、一相位光栅(phase grating)、与一闪耀式光栅(blazedgrating)，其范例分别绘示于图3A～图3D中。
在图2B中，基底100具有水平排列成一行的光学二极管116、117、与118，排列方向如箭头X所示。具体而言，基底100的第一表面100a是具有水平排列成一行的光学二极管区101a、102a、与103a，排列方向如箭头X所示，而光学二极管116、117、与118则分别置于光学二极管区101a、102a、与103a中。斜边边界区119a置于光学二极管116与117(光学二极管区101a与102a)之间，而斜边边界区119b则置于光学二极管117与118(光学二极管区102a与103a)之间。关于斜边边界区119a与119b的“斜角”的情况，则与后文中所述斜边边界区114与115的情况相同或类似。在本实施例中，光学二极管116、117、与118是用以检测、感应可见光；而在其它实施例中，基底100可包含其它种类的光学二极管，用来检测、感应其它种类的电磁波例如红外线、紫外线、或其它的电磁波。光学二极管116、117、与118分别包含光学二极管接点116a、117a、与118a于基底100的第一表面100a上，而光学二极管接点116a、117a、与118a是形成于用以接收光照的第一表面100a上，因此会稍微影响到光学二极管116、117、与118的有效受光面积。光学二极管116、117、与118的周边电路可形成于第一表面100a上，为了简洁地说明本发明的核心特征，故将其省略而未绘示于附图中。另外，关于基底100、非吸收性的分光装置120、白光20、红光21、绿光22、与蓝光23的细节部分均分别与前文对图2A所作的叙述相同或类似，故在此加以省略。
图3A～图3D为一系列的剖面图，显示图1所示的本发明优选实施例的非吸收性的分光装置120的数个范例，并为了简洁地叙述本发明的特征而忽略基底100。
在图3A中，非吸收性的分光装置120是一个棱镜(prism)120a或一组棱镜120a，其使来自外界环境或一光源(未绘示)的入射白光20发生色散，而分成依序排列的红光21、绿光22、与蓝光23。因此，非吸收性的分光装置120实质上并不会从入射白光20吸收任何能量。而单一或一组的棱镜120a的排列方式，是决定于预定的红光21、绿光22、蓝光23的光谱。
在图3B中，非吸收性的分光装置120是一衍射棱镜(diffractive prism)。上述衍射棱镜具有一透明薄膜120b例如为二氧化硅或其它透明材料，并通过例如光刻与蚀刻工艺将其图形化，而形成由多个沟槽所组成的一图形121b，而使来自外界环境或一光源(未绘示)的入射白光20发生色散，而分成依序排列的红光21、绿光22、与蓝光23。因此，非吸收性的分光装置120实质上并不会从入射白光20吸收任何能量。而图形121b的沟槽的数量、深度及深度分布、排列方式等条件，是决定于预定的红光21、绿光22、蓝光23的光谱。
在图3C中，非吸收性的分光装置120是一相位光栅(phase grating)。上述相位光栅具有一透明薄膜120c例如为二氧化硅或其它透明材料，其具有一锯齿状的表面121c，而使来自外界环境或一光源(未绘示)的入射白光20发生色散，而分成依序排列的红光21、绿光22、与蓝光23。因此，非吸收性的分光装置120实质上并不会从入射白光20吸收任何能量。关于锯齿状的表面121c的形成，可使用例如灰阶的光掩模来对透明薄膜120c进行图形化。而锯齿状的表面121c的设计方式，是决定于预定的红光21、绿光22、蓝光23的光谱。
在图3D中，非吸收性的分光装置120是一闪耀式光栅(blazed grating)。上述闪耀式光栅具有多个以既定间距排列的不透明柱状物120d，而使来自外界环境或一光源(未绘示)的入射白光20发生色散，而分成依序排列的红光21、绿光22、与蓝光23。因此，非吸收性的分光装置120实质上并不会从入射白光20吸收任何能量。在某些实施例中，不透明柱状物120d可包含金属。而不透明柱状物120d的分布图形与间距等条件，是决定于预定的红光21、绿光22、蓝光23的光谱。
图4A和图4B为示意图，显示图2A所示的本发明一较佳实施例的图像传感器装置中的光学二极管的排列方式。图4A是显示来自非吸收性的分光装置120的红光21、绿光22、与蓝光23的一示例性色彩光谱图。在此色彩光谱图中，X轴是来自非吸收性的分光装置120的光的波长，Y轴则代表光强度。曲线401、402、与403分别代表来自非吸收性的分光装置120的红光21、绿光22、与蓝光23的光谱。区域A1是表示来自非吸收性的分光装置120的红光21与绿光22之间的色彩交互重叠(color cross-talk)，而区域A2是表示来自非吸收性的分光装置120的绿光22与蓝光23之间的色彩交互重叠。另外，上述X轴也可代表图2A所示的基底100中的光学二极管111、112、与113内的位置。例如波长为400nm的光束是照射在图2A所示的光学二极管113的左缘；而波长为700nm的光束是照射在图2A所示的光学二极管111的右缘；而对波长介于400nm与700nm的光束而言，波长越长，其照射在基底100的位置就越接近图2A所示的光学二极管111的右缘、且越远离图2A所示的光学二极管113的左缘。
图4B是从图2A的第二表面100b向上仰视的光学二极管111、112、与113的底面视图。同样地，对波长介于400nm与700nm的光束而言，波长越长，其照射在的位置越接近光学二极管111的右缘、且越远离光学二极管113的左缘。光学二极管111、112、与113(光学二极管区101b、102b、与103b)、以及其间的斜边边界区114与115是定义出基底100的一光检测区。在本实施例中，上述光检测区为矩形或实质上为矩形；而在其它实施例中，可将上述光检测区的形状变更为任何想要的形状。斜边边界区114与115则将上述光检测区分成水平排列成一行的光学二极管区101b、102b、与103b，其排列方向如箭头X所示，分别提供给光学二极管111、112、与113。而斜边边界区114与115还定义出光学二极管111、112、与113的过渡区，用以检测落于色彩交互重叠的区域A1与A2的光束。
例如，斜边边界区114是定义出光学二极管111与112之间的一斜角θ1，而斜边边界区115则定义出光学二极管112与113之间的一斜角θ2，其中斜角θ1与斜角θ2均是锐角，θ1与θ2的值是决定于色彩交互重叠的区域A1与A2。在本实施例中，色彩交互重叠的区域A1的面积优选为大于色彩交互重叠的区域A2的面积，故斜角θ1是小于斜角θ2。因此，位于光学二极管111与112之间、而用以检测来自色彩交互重叠的区域A1的光束的过渡区的面积，是大于位于光学二极管112与113之间、而用以检测来自色彩交互重叠的区域A2的光束的过渡区的面积。
特别在本实施例中，由于上述光检测区的形状为矩形，光学二极管111与113(光学二极管区101b与103b)的形状均为具有两个直角的梯形，而光学二极管112(光学二极管区102b)的形状则为不具任何直角的梯形。另外在本实施例中，斜边边界区114与115的形状均为平行四边形或实质上为平行四边形。如平行四边形的斜边边界区114与115所定义，光学二极管111具有一主要部分111a与一绿光过渡区111b，其中主要部分111a的形状为矩形或实质上为矩形、且离斜边边界区114较远，而绿光过渡区111b的形状为直角三角形、且距斜边边界区114较近。类似于光学二极管111，光学二极管112具有一主要部分112a、一红光过渡区112b、与一蓝光过渡区112c，其中主要部分112a的形状为矩形或实质上为矩形、且离斜边边界区114与115较远，而红光过渡区112b的形状为直角三角形、且距斜边边界区114较近，蓝光过渡区112c的形状也为直角三角形、但距斜边边界区115较近。类似于光学二极管111与112，光学二极管113具有一主要部分113a与一绿光过渡区113b，其中主要部分113a的形状为矩形或实质上为矩形、且离斜边边界区115较远，而绿光过渡区113b的形状为直角三角形、但距斜边边界区115较近。另外如图4B所示，斜角θ1是光学二极管111的斜角，其指向光学二极管112，而斜角θ2则是光学二极管112的斜角，其指向光学二极管113。如前所述，由于斜角θ1是小于斜角θ2，绿光过渡区111b的面积大于绿光过渡区113b的面积，且红光过渡区112b的面积是大于蓝光过渡区112c的面积。因此，位于光学二极管111与112之间、而用以检测来自色彩交互重叠的区域A1的光束的过渡区的面积，是大于位于光学二极管112与113之间、而用以检测来自色彩交互重叠的区域A2的光束的过渡区的面积。其结果，是改善了图像传感器装置1的性能。
如上所述，本发明的图像传感器装置在对入射白光进行色散的过程中实质上未造成光线能量的损失，且在不同的光二极管之间具有过渡区，而可改善图像传感器装置的性能。
虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与修改，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (11)

1.一种图像传感器装置，包含：
一基底，该基底具有水平排列成一行的多个光学二极管，且所述光学二极管之间具有至少一斜边边界区；以及
一非吸收性的分光装置，位于该基底上或其上方，该非吸收性的分光装置使入射的白光发生色散，而分成多个成分色光，所述成分色光是依照其波长大小顺序排成一行，该非吸收性的分光装置并导引所述成分色光，而使所述成分色光入射至所述光学二极管。
2.如权利要求1所述的图像传感器装置，其中该基底具有一矩形的单位像素区于其一表面，该至少一斜边边界区将该单位像素区分成排列成一行的多个光学二极管区，且所述光学二极管，是分别置于所述光学二极管区中。
3.如权利要求1或2所述的图像传感器装置，其中该非吸收性的分光装置是选自下列所组成的组群：一棱镜、一衍射棱镜、一相位光栅、与一闪耀式光栅。
4.如权利要求1或2所述的图像传感器装置，其中：
所述光学二极管包含水平夹置于一第一光学二极管与一第三光学二极管之间的一第二光学二极管；
一第一斜边边界区，其是位于该第一光学二极管与该第二光学二极管之间；以及
一第二斜边边界区，其是位于该第二光学二极管与该第三光学二极管之间。
5.如权利要求4所述的图像传感器装置，其中：
该第一光学二极管是用以接收红光、该第二光学二极管是用以接收绿光、该第三光学二极管则是用以接收蓝光；以及
入射于该非吸收性的分光装置而发生色散的白光，其成分色光是依照红光、绿光、蓝光的顺序排列，所述成分色光并分别对应而入射至该第一光学二极管、该第二光学二极管、与该第三光学二极管。
6.如权利要求4所述的图像传感器装置，其中该第一光学二极管与该第二光学二极管之间具有一第一锐角的一第一斜角、该第二光学二极管与该第三光学二极管之间具有一第二锐角的一第二斜角，该第一锐角是小于该第二锐角。
7.如权利要求4所述的图像传感器装置，其中：
该第一光学二极管区与该第三光学二极管区的形状为梯形，且均具有两个直角；以及
该第二光学二极管区的形状为梯形，且不具任何直角。
8.如权利要求5所述的图像传感器装置，其中该第一光学二极管、该第一斜边边界区、该第二光学二极管、该第二斜边边界区、与该第三光学二极管是排列成矩形。
9.如权利要求8所述的图像传感器装置，其中
该第一光学二极管与该第三光学二极管的形状为梯形，且均具有两个直角；以及
该第二光学二极管的形状为梯形，且不具任何直角。
10.如权利要求9所述的图像传感器装置，其中：
该第一光学二极管具有指向该第二光学二极管的一第一锐角的一第一斜角；
该第二光学二极管具有指向该第三光学二极管的一第二锐角的一第二斜角；以及
该第一锐角小于该第二锐角。
11.如权利要求1所述的图像传感器装置，其中该基底具有互为相反表面的一第一表面与一第二表面，且该非吸收性的分光装置位于该基底的第一表面上或其上方，且一光学二极管接点位于该基底的该第一或该第二表面上。
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