CN117410295A - 影像感测器及影像信号处理器的简化方法 - Google Patents

影像感测器及影像信号处理器的简化方法 Download PDF

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CN117410295A CN202310749171.3A CN202310749171A CN117410295A CN 117410295 A CN117410295 A CN 117410295A CN 202310749171 A CN202310749171 A CN 202310749171A CN 117410295 A CN117410295 A CN 117410295A
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Abstract

一种影像感测器，包括：多个感测单元组；以及彩色滤光层，具有多个彩色单元分别设置于感测单元组内。彩色滤光层的彩色单元包括黄色单元或白色单元。影像感测器更包括：介电结构，设置于彩色滤光层上；以及超颖表面(meta surface)，设置于介电结构上。本公开还涉及一种影像信号处理器的简化方法。

Description

影像感测器及影像信号处理器的简化方法
技术领域
本公开实施例是关于一种影像感测器及影像感测器的操作方法，特别是关于影像感测器的超颖表面(meta surface)。
背景技术
影像感测器，如互补式金属氧化物半导体影像感测器(complementary metaloxide semiconductor image sensor,CIS)，被广泛地运用在影像拍摄设备中，如数字静止影像相机、数字摄影相机、以及其他类似设备。影像感测器的光感测部可侦测环境中的色彩变化，并可根据光感测部接收到的光量产生信号电荷。此外，可传输并放大在光感测部中所产生的信号电荷，从而获得影像信号。
一些影像感测器可将标准拜尔图案(Bayer pattern)(以红色、绿色、以及蓝色滤光单元所组成)中的绿色滤光单元替换成较低吸收或无吸收的材料。此类型的感测单元可提升光敏感度，从而改善影像感测器的性能，特别是在低亮度的环境中。然而，由于较低吸收材料可允许较宽波段的光线传输，处理这样的感测单元需要使用更高的色彩校正系数。再者，这种感测单元的较高敏感度可导致色彩通道不平衡，其需要较高的白平衡系数来校正。相较于处理拜尔图案，处理使用较低吸收或无吸收材料的感测单元可产生更高程度的色彩错误和色彩噪声。因此，需要通过影像感测器的设计和制造来解决这些相关问题。
发明内容
在一实施例中，一种影像感测器，包括：多个感测单元组；以及彩色滤光层，具有多个彩色单元分别设置于感测单元组内。彩色滤光层的彩色单元包括黄色单元或白色单元。影像感测器更包括：介电结构，设置于彩色滤光层上；以及超颖表面(meta surface)，设置于介电结构上。
在另一实施例中，一种影像信号处理器(image signal processor,ISP)的简化方法，包括：使用影像感测器撷取多个影像信号；对影像信号施加色彩校正矩阵(colorcorrection matrix,CCM)；去马赛克(demosaic)影像信号；以及对影像信号进行曝光对比、白平衡、以及去噪声。影像感测器包括：多个感测单元组；彩色滤光层，具有多个彩色单元分别设置于感测单元组内；介电结构，设置于彩色滤光层上；以及超颖表面，设置于介电结构上。彩色单元包括黄色单元或白色单元。
附图说明
以下将配合所附图式详述本公开实施例的各面向。值得注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制。事实上，可任意地放大或缩小各种元件的尺寸，以清楚地表现出本公开实施例的特征。
图1A是根据本公开的一些实施例，影像感测器的剖面示意图。
图1B是根据本公开的一些实施例，影像感测器的上视图。
图2是根据本公开的一些实施例，影像信号处理器(image signal processor,ISP)的操作方法的流程图。
图3A是根据本公开的其他实施例，影像感测器的剖面示意图。
图3B是根据本公开的其他实施例，影像感测器的上视图。
图4是根据本公开的其他实施例，影像感测器的剖面示意图。
图5和图6是根据本公开的其他实施例，具有各种设计的影像感测器的上视图。
其中，附图标记说明如下：
10：影像感测器
20：影像感测器
30：影像感测器
40：影像感测器
50：影像感测器
100A：感测单元组
100A-L：左感测单元
100A-R：右感测单元
100B：感测单元组
100B-L：左感测单元
100B-R：右感测单元
100C：感测单元组
100C-L：左感测单元
100C-R：右感测单元
100D：感测单元组
100D-L：左感测单元
100D-R：右感测单元
102：基底
104：感测部
106：深沟槽隔离结构
108：抗反射层
110：彩色滤光层
112：网格结构
114：遮光结构
130：介电结构
140：超颖表面
140’：超颖表面
142：填充材料
142’：填充材料
144：纳米结构
144’：纳米结构
144A：周边纳米柱
144A’：周边纳米柱
144B：中心纳米柱
144B’：中心纳米柱
150：保护膜
200：方法
202：操作
204：操作
206：操作
208：操作
A-A’：线段
B-B’：线段
具体实施方式
以下公开提供了许多不同的实施例或范例，用于实施本发明的不同部件。组件和配置的具体范例描述如下，以简化本公开实施例。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本公开实施例。举例来说，叙述中提及第一部件形成于第二部件之上，可包括形成第一和第二部件直接接触的实施例，也可包括额外的部件形成于第一和第二部件之间，使得第一和第二部件不直接接触的实施例。
应理解的是，额外的操作步骤可实施于所述方法之前、之间或之后，且在所述方法的其他实施例中，部分的操作步骤可被取代或省略。
此外，与空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“在…上方”、“上方”、“较高的”和类似用语可用于此，以便描述如图所示一元件或部件和其他元件或部件之间的关系。这些空间用语企图包括使用或操作中的装置的不同方位，以及图式所述的方位。当装置被转至其他方位(旋转90°或其他方位)，则在此所使用的空间相对描述可同样依旋转后的方位来解读。
在本公开实施例中，“约”、“大约”、“大抵”的用语通常表示在一给定值或范围的±20％之内、或±10％之内、或±5％之内、或±3％之内、或±2％之内、或±1％之内、或甚至±0.5％之内。在此给定的数量为大约的数量。亦即，在没有特定说明“约”、“大约”、“大抵”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”、“大抵”的含义。
除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与所属技术领域中具有通常知识者所通常理解的相同涵义。应能理解的是，这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有与相关技术及本公开的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在本公开实施例中有特别定义。
以下所公开的不同实施例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以主导所讨论的各种实施例及/或结构之间的关系。
为了回应持续缩小的像素尺寸，每个像素的光量接收及像素之间的光量接收均匀度已经成为关键的顾虑。在影像感测器的较小像素中提升光量接收均匀度的一个方法为将多个感测单元整合于一组中。根据本公开的一些实施例，当光被这组内的每个感测单元均匀地接收时，影像感测器可显示统一颜色的影像。然而，若每个感测单元所接收的光不均匀时，则影像感测器会遭受色差(color variation)。感测单元组可侦测和追踪整体元件的影像对焦，而感测单元组也允许借由所接收的信号判定颜色。举例来说，当光以倾斜角度入射时，其组内的其中一个感测单元可接收比另一个感测单元更大的光量，而基于感测单元之间的信号读取，可准确地判定入射光的方向。
在大自然中，光为所有波段的各种颜色的组合。传统的影像感测器可通过微透镜汇聚入射光线。之后，可将汇聚的光线传输穿过下方的彩色滤光层。彩色滤光层可允许所欲的颜色传输，而可吸收不想要的颜色。尽管传统的影像感测器可确保所欲的颜色被对应的感测单元所接收，被吸收的其他颜色仍可代表一部分的光能量损失。当每组感测单元仅取得全部光能量的特定量时，影像感测器的量子效率(quantum efficiency,QE)可能会很难改善。每当量子效率不足时，装置则无法适当地运用在低亮度的环境中(如夜视(nightvision)设备)或移动车辆内的相机(如即时(real time)影像)。
在像素的拜尔图案(Bayer pattern)中，四个感测单元组排列成2×2阵列，其分别包括红色单元、绿色单元、绿色单元、以及蓝色单元。在现有的业界或学术中，拜尔图案是唯一够成熟的图案技术来解决任何潜在的色差。因此，仅由拜尔图案所撷取的影像信号可被导入影像信号处理器(image signal processor,ISP)，其为恢复彩色影像的后端制造。应理解的是，在影像信号处理器中，分开处理影像颜色和影像解析度，且在之后的操作结合处理后的颜色和解析度。
为了努力提升影像感测器的量子效率，可以黄色单元或白色单元替换绿色单元。在一些实施例中，白色单元也可被视为是无色单元，其可呈现类似玻璃介质。选择绿色单元是因为它们在影像感测器中占据最大的面积，进而控制影像颜色的解析度。在本质上，绿色单元可具有绿色滤光材料，其包括红色波长光线的吸收材料和蓝色波长光线的吸收材料，使得仅绿色波长光线可被传输。针对黄色单元，黄色波段可以重叠横越绿色波段和红色波段，因而黄色单元仅包括蓝色波长光线的吸收材料。再者，针对白色单元而言，白色波段可重叠横越蓝色波段、绿色波段、以及红色波段，因而白色单元不包含任何吸收材料。使用较低吸收或无吸收的滤光材料的彩色单元，可在低亮度环境中(例如在黑暗中)达到较高的透光率、较高光学灵敏度、以及更卓越的解析度，从而改善量子效率。
针对目前的技术，由黄色单元和白色单元所萃取的影像信号无法直接被导入标准的影像信号处理器(只有来自拜尔图案的信号可被标准的影像信号处理器所处理)。传统上，在影像信号处理器的操作可被执行之前，可能需要将由黄色单元或白色单元所萃取的影像信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号。将黄色信号或白色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号可能需要减去一部分不想要的波段的黄色信号或白色信号(例如红色波段及/或蓝色波段)。之后，可将被减去的信号除以正归化因子(normalized factor)。此外，转换制程可能需要采用绿色涂层。
应理解的是，由于黄色单元和白色单元在影像感测器中占据最大的面积，转换制程需要吸取很大量的功率。事实上，将黄色信号或白色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号的功率消耗几乎与操作影像信号处理器的功率消耗等量。因此，相较于拜尔马赛克图案的整体后端制造，黄色单元或白色单元的整体后端制造消耗两倍的功率。再者，所萃取信号的不想要的波段可能有所变化，因而减去步骤可能无法精确，导致较不精准的转换。每当转换后的信号不够精确时，在影像信号处理器操作期间可能会发生颜色误差(colorerror)，且可影响恢复后影像的品质。
本公开将超颖表面纳入像素中以取代传统的微透镜，并作为可见光的颜色路由(color router)。超颖表面包括纳米结构(如纳米柱或柱体)，其产生相位存库(phaselibrary)已针对不同波段的颜色提供所需的相位差。当排列纳米结构横越超颖表面时，可创造超颖透镜以绕射不同颜色的入射光线，其也可作为带通滤波器(或颜色路由功能)。通过使用演算法设计纳米结构的尺寸和节距，入射光线的颜色可被分离且分别被导向对应的感测单元。
当分离后所欲颜色的光线传输穿过下方的彩色滤光层时，可消除光能量损失，从而提升量子效率。更具体而言，超颖表面可将红色波长光线和绿色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向黄色单元。超颖表面也可将红色波长光线、绿色波长光线、以及蓝色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向白色单元。由于超颖表面的存在，发明人发现不再需要将黄色信号或白色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号。结果是，可执行黄色单元或白色单元的整体后端制造，以达到较低功率消耗、较少颜色误差机率、以及较高绿色波段尖峰(由于较高的透光率)。
图1A是根据本公开的一些实施例，影像感测器10的剖面示意图。在一些实施例中，影像感测器实际上可能包含数百万个感测单元。为了简化起见，图1A仅显示了实际影像感测器的一部分。从上视图来看，影像感测器10包括排列成2×2阵列的四组感测单元100A、100B、100C、和100D，其将参照图1B详细描述。根据本公开的一些实施例，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可构成像素。2×2阵列的像素可周期性地排列成多个循环横越真实的影像感测器。
根据本公开的一些实施例，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可各包括四个感测单元排列成2×2阵列，如四象限光电二极管(quadphotodiode,QPD)。在其他实施例中，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可各包括两个感测单元排列成1×2阵列，如二象限光电二极管(dualphotodiode,DPD)。举例来说，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可各对应m×n个光电转换部件，其中m与n可为相同或不同的正整数，但本公开实施例并不以此为限。为了例示性目的，图1A所示的感测单元组100A和感测单元组100B皆包括一个左感测单元和一个右感测单元。特别是，感测单元组100A包括左感测单元100A-L和右感测单元100A-R，而感测单元组100B包括左感测单元100B-L和右感测单元100B-R。
应注意的是，如图1A所示，可在彩色滤光层110上依序地设置介电结构130、超颖表面140、以及保护膜150。彩色滤光层110可分别包括在感测单元组100A和感测单元组100B内的彩色单元。根据本公开的一些实施例，超颖表面140可包括填充材料142和多个纳米结构144。再者，多个纳米结构144可包括周边纳米柱144A和中心纳米柱144B。超颖表面140的特征将于下详述。如图1A所示，可设置深沟槽隔离(deep trench isolation,DTI)结构106围绕每个左感测单元100A-L、右感测单元100A-R、左感测单元100B-L、以及右感测单元100B-R。换言之，深沟槽隔离结构106可作为定义左感测单元100A-L、右感测单元100A-R、左感测单元100B-L、以及右感测单元100B-R的每一个的尺寸的边界。
参照图1A，感测单元组100A和感测单元组100B(以及感测单元组100C和感测单元组100D)可各包括多个感测部104和彩色滤光层110的彩色单元。多个感测部104和深沟槽隔离结构106可埋入于基底102内。在一些实施例中，基底102可为影像感测器10的所有感测单元所共享的单一结构。此外，可在基底102上设置抗反射层108。
在一些实施例中，基底102可为例如晶圆或晶粒，但本公开实施例并不以此为限。在一些实施例中，基底102可为半导体基底，例如硅(silicon,Si)基底。此外，在一些实施例中，半导体基底亦可为：元素半导体(elemental semiconductor)，包括锗(germanium,Ge)；化合物半导体(compound semiconductor)，包含氮化镓(gallium nitride,GaN)、碳化硅(silicon carbide,SiC)、砷化镓(gallium arsenide,GaAs)、磷化镓(gallium phosphide,GaP)、磷化铟(indium phosphide,InP)、砷化铟(indium arsenide,InAs)、或锑化铟(indium antimonide,InSb)；合金半导体(alloy semiconductor)，包含硅锗(silicongermanium,SiGe)合金、磷砷镓(gallium arsenide phosphide,GaAsP)合金、砷铝铟(aluminum indium arsenide,AlInAs)合金、砷铝镓(aluminum gallium arsenide,AlGaAs)合金、砷镓铟(gallium indium arsenide,GaInAs)合金、磷镓铟(gallium indiumphosphide,GaInP)合金、或砷磷镓铟(gallium indium arsenide phosphide,GaInAsP)合金；或其组合。在一些实施例中，基底102可为光电转换(photoelectric conversion)基底，如硅基底或有机光电转换层。
在其他实施例中，基底102也可以是绝缘层上半导体(semiconductor oninsulator,SOI)基底。绝缘层上半导体基底可包含底板、设置于底板上的埋入式氧化物(buried oxide,BOX)层、以及设置于埋入式氧化物层上的半导体层。此外，基底102可为N型或P型导电类型。
在一些实施例中，基底102可包括各种以例如离子布植(ion implantation)及/或扩散制程(diffusion process)所形成的P型掺杂区及/或N型掺杂区(未绘示)。在一些实施例中，可在主动区(以深沟槽隔离结构106所定义)形成电晶体、光电二极管、或其他类似元件。
在一些实施例中，深沟槽隔离结构106可定义主动区，并电性隔离基底102之内或之上的主动区部件，但本公开实施例并不以此为限。在其他实施例中，可采用额外的隔离结构作为替代方案。浅沟槽隔离(shallow trench isolation,STI)结构和局部硅氧化(localoxidation of silicon,LOCOS)结构为其他隔离结构的范例。在一些实施例中，形成深沟槽隔离结构106可包括例如在基底102上形成绝缘层。通过光微影图案化和蚀刻，可形成沟槽延伸进入基底102中。光微影制程可包括光阻涂布、软烤(soft baking)、曝光、曝光后烘烤、显影、其他类似技术、或其组合。蚀刻制程可包括干蚀刻、湿蚀刻、其他类似方法、或其组合。
接着，可沿着沟槽顺应性地成长富含氮材料(如氧氮化硅(silicon oxynitride,SiON))的衬层。之后，借由合适的沉积制程(如化学气相沉积(chemical vapordeposition,CVD)、高密度等离子体化学气相沉积(high-density plasma chemical vapordeposition,HDP-CVD)、等离子体辅助化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapordeposition,PECVD)、流动性化学气相沉积(flowable chemical vapor deposition,FCVD)、次大气压化学气相沉积(sub-atmospheric chemical vapor deposition,SACVD)、其他类似方法、或其组合)将绝缘材料(如二氧化硅(silicon dioxide,SiO2)、氮化硅(silicon nitride,SiN)、或氧氮化硅)填入沟槽中。然后，可对沟槽中的绝缘材料进行退火制程，接着对基底102进行平坦化制程(如化学机械研磨(chemical mechanical polish,CMP))以移除多余的绝缘材料，使沟槽中的绝缘材料与基底102的顶面齐平。
继续参照图1A，在基底102中埋入多个感测部104。在一些实施例中，多个感测部104为光电二极管。配置每个感测部104用以感测光，并根据所感测的光强度产生强度信号。借由强度信号形成影像信号，其可为数据资料或电子量的读取。借由多个感测部104所撷取的影像信号资料可被导入影像信号处理器。如先前所提及，影像信号处理器为恢复影像色彩的后端制造，将参照图2详细描述。
参照图1A，可在基底102上设置抗反射层108。在一些实施例中，配置抗反射层108以减少传输至多个感测部104的光被反射。在一些实施例中，抗反射层108的设置是水平地对应于(或是平行相对于)感测部104的阵列。在一些实施例中，抗反射层108的材料可包括氧氮化硅(SiOxNy，其中x和y是在0至1的范围)。可借由上述任何合适的沉积制程形成抗反射层108。
如上所提及，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可各包括设置于抗反射层108上的彩色滤光层110的彩色单元。在一些实施例中，彩色滤光层110的彩色单元可为红色、绿色、蓝色、青蓝色、洋红色、黄色、白色、透明(无色)、或红外线(infrared)。彩色滤光层110的每个彩色单元可对应至影像感测器10的感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D的每一个内的个别感测部104，而彩色单元的颜色取决于感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D的个别需求。举例来说，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可分别包括红色单元、黄色单元、黄色单元、以及蓝色单元，其中一般拜尔图案的绿色单元被替换成黄色单元。
如先前所提及，影像感测器10纳入超颖表面140以分离入射光线的颜色，使得仅具有所欲颜色的被分离的光线可分别被感测单元接收。然而，实际上，超颖表面140不能确保颜色的完全分离。因此，被分离的光线仍可包括微量不想要的颜色。彩色滤光层110的存在可能仍然是需要的，以确保微量不想要的颜色被吸收，以消除任何潜在颜色噪声。此外，当设计黄色单元以传输红色波长光线和绿色波长光线时，超颖表面140可将红色波长光线和绿色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向黄色单元。由于超颖表面140的存在，不再需要将黄色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号。结果是，可执行黄色单元的整体后端制造，以达到较低功率消耗、较少颜色误差机率、以及较高绿色波段尖峰(由于较高的透光率)。
在一些实施例中，彩色滤光层110的每个彩色单元允许预定范围的光波长通过。举例来说，红色滤光单元允许在620nm至750nm范围的光波长(红光)传输至对应的感测部104，绿色滤光单元允许在495nm至570nm范围的光波长(绿光)传输至对应的感测部104，而蓝色滤光单元允许在450nm至495nm范围的光波长(蓝光)传输至对应的感测部104。
在一些实施例中，彩色滤光层110的高度可介于0.3μm和2.0μm之间。在特定的实施例中，彩色滤光层110的高度可大约为0.7μm。根据本公开的一些实施例，彩色滤光层110的每个彩色单元的折射率可介于1.2和2.2之间。折射率是物质改变光速的特性，其为真空中的光速除以物质中的光速所获得的数值。当光在两个不同的材料之间以一个角度传播时，折射率决定了光传播(折射)的角度。
如前述，个别感测部104(如光电二极管)可针对感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D的每一个将所接收的光信号转换成电信号。在一些实施例中，在同一组内的感测单元可具有相同颜色的单元。在一些实施例中，借由网格结构112将感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D彼此分隔开，其将于后详细解释。根据本公开的一些实施例，在抗反射层108上并在网格结构112所定义的空间中沉积彩色滤光层110。可借由一系列的涂布、曝光、和显影制程形成彩色滤光层110。替代地，可借由喷墨印刷(ink-jet printing)形成彩色滤光层110。
继续参照图1A，在彩色滤光层110的一或多个彩色单元之间设置网格结构112。举例来说，网格结构112的中线(未绘示)可定义感测单元组100A和感测单元组100B的边界。网格结构112可具有低于彩色滤光层110每个彩色单元的折射率。根据本公开的一些实施例，网格结构112的折射率介于1.0和1.6之间。当入射光线进入彩色滤光层110时，网格结构112可在特定彩色单元内隔离光线以达到光阱(light-trapping)作用。
网格结构112的材料可包括透明介电材料。首先，在抗反射层108上涂布隔离材料层。接着，在隔离材料层上涂布硬遮罩层(未绘示)。在一些实施例中，硬遮罩层的材料可为光阻。对硬遮罩层进行光微影制程以图案化。接着，借由使用图案化后的硬遮罩层对隔离材料层进行蚀刻制程。蚀刻制程可为干蚀刻。在蚀刻制程之后，在抗反射层108上移除一部分的隔离材料层，并在其中形成多个开口。如先前所提及，后续将以彩色滤光层110填入开口。
参照图1A，在抗反射层108上介于感测单元组100A与感测单元组100B之间设置遮光结构114。在一些实施例中，遮光结构114埋入于网格结构112内。在一些实施例中，网格结构112的高度可大于或等于遮光结构114，取决于影像感测器10的设计需求。在一些实施例中，遮光结构114跨越感测单元组100A和感测单元组100B的边界。换言之，可将遮光结构114设置成由任意两个相邻感测单元所共享(例如左感测单元100A-L和右感测单元100B-R)。遮光结构114的配置可避免其中一个在彩色滤光层110所对应的彩色单元下方的感测部104接收到来自不同颜色的相邻单元的额外光，其可影响所接收信号的准确度。在本公开的一些实施例中，遮光结构114的高度可介于0.005μm和0.4μm之间。在一些实施例中，遮光结构114的材料可包括不透明金属(如钨(tungsten,W)、铝(aluminum,Al))、不透明金属氮化物(如氮化钛(titanium nitride,TiN))、不透明金属氧化物(如氧化钛(titanium oxide,TiO))、其他合适材料、或其组合，但本公开实施例并不以此为限。可借由在抗反射层108上沉积金属层，然后使用光微影和蚀刻制程图案化金属层来形成遮光结构114，但本公开实施例并不以此为限。
参照图1A，可在彩色滤光层110上设置介电结构130。在一些实施例中，介电结构130可覆盖彩色滤光层110和网格结构112。根据本公开的一些实施例，介电结构130可针对不同绕射的光线提供必要的传播路径以到达其个别目标。介电结构130的折射率介于1.2和2.2之间。再者，介电结构130的折射率显著地低于后续形成的纳米结构144的折射率。根据本公开的一些实施例，介电结构130的厚度可介于0.1μm和3μm之间。应理解的是，在理想情况下，介电结构130应尽可能保持在很小的厚度。介电结构130的尺寸可决定被分离的所欲颜色光线的传播路径。因为更薄的介电结构130可需要较大的相位差，其借由超颖表面140微调以调整光线的传播角度，分离的个别颜色光线可更准确地传播朝向预定目标。然而，当介电结构130的厚度设定的太小时，会使制作过程变得很困难。
在一些实施例中，介电结构130可为透明材料，包括例如氧化硅(silicon oxide,SiO)、氮化硅、碳化硅、碳氮化硅(silicon carbonitride,SiCN)、氧氮化硅、氧氮碳化硅(silicon oxynitrocarbide,SiOxNyC1-x-y，其中x和y是在0至1的范围)、四乙氧基硅烷(tetra ethyl ortho silicate,TEOS)、无掺杂硅酸玻璃、或掺杂氧化硅(如硼掺杂磷硅酸玻璃(boron-doped phosphosilicate glass,BPSG)、熔硅石玻璃(fused silica glass,FSG)、磷硅酸玻璃(phosphosilicate glass,PSG)、硼掺杂硅玻璃(boron doped siliconglass,BSG)、或其他类似材料)、低介电常数(low-k)介电材料、有机透明材料、其他类似材料、或其组合，但本公开实施例并不以此为限。介电结构130的形成可包括沉积制程，其可包括例如旋转涂布(spin-on coating)制程、化学气相沉积、物理气相沉积(physical vapordeposition,PVD)、原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)、其他合适的方法、或其组合。之后，可进行平坦化制程(如化学机械研磨)以形成平坦化的顶面。
参照图1A，可在介电结构130的平坦化顶面上设置超颖表面140。当超颖表面140被整合于影像感测器10时，超颖表面140需要被设计成符合感测单元组100A和感测单元组100B的尺寸。在一些实施例中，可设计超颖表面140以分离入射光线的颜色。可使用光的绕射或散射特性(取决于波长而有所不同)分离入射光线的颜色，且可依据超颖表面140的折射率和形状借由个别波长来调整分离光线的传输方向。分离后不同颜色的光线可被导向对应的彩色单元。当影像感测器10纳入超颖表面140时，彩色滤光层110的彩色单元仅可接收所欲颜色的入射光线(由于先前已借由上方的超颖表面140将入射光线的颜色分离)。
如先前所提及，超颖表面140可包括填充材料142和多个纳米结构144。在一些实施例中，填充材料142可横向地围绕多个纳米结构144。当超颖表面140被纳入于影像感测器10时，在法线方向(normal direction)进入影像感测器10的入射光线可在传输穿过下方的彩色滤光层110之前，基于其颜色将入射光线分离。这样的配置允许彩色滤光层110的每个彩色单元可接收到所欲颜色的最大光能量。换言之，可最小化光能量损失，且可提升量子效率。在一些实施例中，量子效率为光电转换效率，其为入射光线可多有效地被转换成电子信号的量测。
在一些实施例中，借由多个纳米结构144所创造的超颖透镜可覆盖比传统微透镜更大的有效收集区域。举例来说，当其中一个蓝色单元被红色单元和绿色单元围绕时，超颖透镜所覆盖的收集区域可跨越蓝色单元本身、在水平方向上的两个相邻单元、在垂直方向上的两个相邻单元、以及在对角方向上的四个相邻单元(总共9个彩色单元)。这样的配置允许蓝色单元由对角邻接的红色单元、以及水平和垂直邻接的绿色单元吸取蓝色波段的额外能量，从而提升量子效率。然而，由于拜尔图案的绿色单元一般占据影像感测器50％的面积，绿色单元倾向沿对角方向彼此相邻放置。绿色单元的超颖透镜可覆盖有限的有效收集区域，因为绿色单元无法由另一个绿色单元吸取绿色波段的额外能量。由于这个原因，已较高透光率的黄色单元或白色单元替换绿色单元可以弥补有效收集区域有限的劣势，以获得在量子效率光谱中的绿色波段尖峰增加大约10％。
根据本公开的一些实施例，当设计黄色单元以传输红色波长光线和绿色波长光线时，超颖表面140可将红色波长光线和绿色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向黄色单元。由于超颖表面140的存在，不再需要将黄色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号。结果是，可执行黄色单元的整体后端制造，以达到较低功率消耗、较少颜色误差机率、以及较高绿色波段尖峰(由于较高的透光率)。
超颖表面140的厚度介于200nm和1.5μm之间。在一些实施例中，填充材料142和多个纳米结构144可为相同的厚度。在替代实施例中，填充材料142的厚度和多个纳米结构144的厚度可能不同，取决于应用和设计需求。根据本公开的一些实施例，多个纳米结构144的折射率高于填充材料142的折射率。填充材料142的折射率可介于1.0和1.7之间。多个纳米结构144的折射率可介于1.8和3.5之间。在一些实施例中，填充材料142可为空气。值得注意的是，当多个纳米结构144被环境空气(其折射率为1)所围绕时，可实现折射率之间的最大差异以产生显著更广阔的相位差，使得入射光线可更很容易地基于个别颜色的波段被分离。当不同颜色的入射光线与一特定纳米结构144接触时，较长波长的颜色看待其纳米结构144可不同于较短波长的颜色看待其纳米结构144，因而产生相位差。
如图1A所示，多个纳米结构144的周边纳米柱144A可位于感测单元组100A的周边和感测单元组100B的周边。多个纳米结构144的中心纳米柱144B可位于感测单元组100A和感测单元组100B内。举例来说，中心纳米柱144B可位于感测单元组100A的中心点和感测单元组100B的中心点。多个纳米结构144的周边纳米柱144A和中心纳米柱144B可横向地被填充材料142围绕。填充材料142的材料可包括透明树脂，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)树脂、聚碳酸酯(polycarbonate,PC)树脂、聚酰亚胺(polyimide,PI)树脂、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylates,PMMA)、聚苯乙烯树脂(polystyrene)树脂、聚醚砜(polyethersulfone,PES)树脂、聚噻吩(polythiophene,PT)树脂、酚醛清漆(phenol novolac,PN)、其他类似材料，或其组合。多个纳米结构144的材料可包括透明导电材料，如氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)、氧化锡(tin oxide,SnO)、铟掺杂氧化锌(indium-doped zinc oxide,IZO)、氧化铟镓锌(indium gallium zinc oxide,IGZO)、氧化铟锡锌(indiumtin zinc oxide,ITZO)、氧化锑锡(antimony tin oxide,ATO)、铝掺杂氧化锌(aluminum-doped zinc oxide,AZO)、二氧化钛(titanium dioxide,TiO2)、五氧化二钽(tantalum pentoxide,Ta2O5)、五氧化二铌(niobium(V)oxide,Nb2O5)、氮化硅、氮化镓、氮化铝(aluminum nitride,AlN)、其他类似材料、或其组合。可借由上述任何合适的沉积制程和图案化制程形成超颖表面140。
继续参照图1A，可在超颖表面140上设置保护膜150。在一些实施例中，保护膜150可顺应性地覆盖超颖表面140，且可针对下方的结构提供机械保护和电性绝缘。保护膜150的折射率大约介于1.4与1.6之间。保护膜150的厚度可介于5nm和200nm之间。保护膜150的材料和形成方法与介电结构130的材料和形成方法类似，其细节将不于此重复赘述。
图1B是根据本公开的一些实施例，影像感测器10的上视图。应注意的是，图1A为图1B的线段A-A’所获得的剖面示意图。如先前所提及，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可构成重合模式(binning mode)的像素。2×2像素阵列可周期性地排列成多个循环横越真实的影像感测器。再者，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可各包括四个感测单元排列成2×2。为了例示性目的，省略基底102、感测部104、深沟槽隔离结构106、抗反射层108、彩色滤光层110、网格结构112、遮光结构114、介电结构130、以及保护膜150。填充材料142和多个纳米结构144的特征与图1A所示类似，其细节将不于此重复赘述。
参照图1B，从上视图来看，由于像素的感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D被排列成2×2的阵列，且像素阵列可周期性地排列成多个循环，可将周边纳米柱144A设置成由相邻组的感测单元所共享。相反地，中心纳米柱144B位于感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D内，因而并未由相邻组的感测单元所共享。原则上，多个纳米结构144存在于网格线(grid line)相交的所有网格点(grid point)，其定义感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D的每个感测单元。更具体而言，多个纳米结构144放置于每个感测单元的每个角。然而，随着感测单元的尺寸继续缩小，多个纳米结构144的分布也变得更密集(或更“拥挤”)。多个纳米结构144更密集的配置可直接限制每个纳米结构144的尺寸(如直径)的可调整范围。由于多个纳米结构144有限的尺寸调整，相位差的产生可能不足以分离特定波段的颜色。举例来说，由于蓝光较短的波长，纳米结构144可能可以产生蓝光所需的相位差。然而，针对较长波长的红光或绿光产生所需的相位差的效率可能被严重地影响。
为了努力改善相位差，移除一些原本的周边纳米柱144A，针对中心纳米柱144B留下更多的空间，使其尺寸可被更自由地调整。从替代观点来看，除了将一些周边纳米柱144A视为被移除，也可将这些周边纳米柱144A视为被微缩至无限小的尺寸。从上视图来看，每个纳米结构144的尺寸可介于90nm和1μm之间。从上视图来看，尽管将纳米结构144绘示为圆形，但本公开实施例并不以此为限。纳米结构144可具有任何合适的几何形状，只要可产生所需的相位差。应理解的是，多个纳米结构144的形状相对于每个纳米结构144的中心点应为对称的。由于全向(omnidirectional)性质而选择圆形。相邻纳米结构144之间(例如两个周边纳米柱144A之间、两个中心纳米柱144B之间、或周边纳米柱144A与中心纳米柱144B之间)的最小节距为感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D的每一个的尺寸的一半。
继续参照图1B，在本公开的特定实施例中，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可分别包括红色单元、黄色单元、黄色单元、以及蓝色单元。应注意的是，感测单元组100B和感测单元组100C皆包括黄色单元，因而感测单元组100B和感测单元组100C的多个纳米结构144(例如周边纳米柱144A和中心纳米柱144B)可具有相同的配置。当设计黄色单元以传输红色波长光线和绿色波长光线时，超颖表面140可将红色波长光线和绿色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向黄色单元。由于超颖表面140的存在，不再需要将黄色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号。结果是，可执行黄色单元的整体后端制造，以达到较低功率消耗、较少颜色误差机率、以及较高绿色波段尖峰(由于较高的透光率)。
图2是根据本公开的一些实施例，影像信号处理器的操作方法200的流程图。方法200利用图1A和图1B所述的影像感测器10，使得可简化操作影像信号处理器的整体步骤。在后续段落中，将详细描述图2所示的操作。应注意的是，可在方法200之前、之间、和之后提供额外的操作，而仅可于此简略地描述一些其他操作。尽管可讨论方法200以特定顺序进行，可在任何合乎逻辑的顺序下进行其他方法。
如图2所示，在方法200的操作202中，使用图1A和图1B所述的影像感测器10撷取影像信号。如先前所提及，影像感测器10包括红色单元、黄色单元、黄色单元、以及蓝色单元排列成2×2的像素。此外，影像感测器10纳入超颖表面140以确保仅绿色波长光线可被导向黄色单元。换言之，不再需要将黄色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号，从而简化影像信号处理器。
目前来说，拜尔图案(一般包括红色单元、绿色单元、绿色单元、以及蓝色单元排列成2×2阵列)是唯一够成熟的图案技术来解决任何潜在的色差，如上所述。每当实施具有拜尔图案中所指定之外的彩色单元(例如黄色单元或白色单元)的影像感测器时，来自其他彩色单元的信号必须被转换成由拜尔图案的彩色单元(例如绿色单元)所萃取的等效信号。本发明的超颖表面140可迫使黄色单元或白色单元仅接收绿色波长光线，使得仅绿色信号可由黄色单元或白色单元所萃取。因此，在操作202中撷取对应至拜尔马赛克图案的影像信号是可能的。
如图2所示，在方法200的操作204中，可对影像信号施加色彩校正矩阵(colorcorrection matrix,CCM)。可基于所撷取的影像信号资料的光谱写入色彩校正矩阵。应理解的是，在大自然中的每个颜色皆由宽波段所构成，这意味着没有“纯”的颜色(除了激光工具之外)。再者，也可借由照明设定或材料特性决定所显示的颜色。矩阵本身可包括不同强度的栏和不同颜色的列，而所撷取的电信号资料要被矩阵相乘。在一些实施例中，色彩校正矩阵可为3×3矩阵或6×6矩阵。3×3矩阵可消耗较低的功率。虽然6×6矩阵消耗较高的功率，但却可更适合地应用于由不太纯的颜色所萃取的影像信号资料，其通常需要更多计算来进行转换。当信号资料被转换成标准红色影像资料、标准绿色影像资料、以及标准蓝色影像资料时，色彩校正矩阵可确保所计算的颜色尽可能接近标准颜色的坐标。此外，校正机制甚至可消除颜色噪声，允许使用标准影像资料进行显示。
如图2所示，在方法200的操作206中，影像信号经历去马赛克。当拜尔图案周期性地排列成多个循环时，图案可呈现像马赛克影像。可使用去马赛克演算法由影像感测器输出的不完整颜色样品重新建构完整颜色影像。在一些实施例中，去马赛克可消除虚假颜色和颜色噪声。借由使用去马赛克演算法，包括红色信号、绿色信号、蓝色信号、以及其相对成分的每个像素皆可更精确地显示成更高解析度的颜色。
如图2所示，在方法200的操作208中，对影像信号进行曝光对比、白平衡、以及去噪声。曝光对比可增加在低亮度环境中所撷取的影像的解析度。应理解的是，取决于环境光源，所撷取的影像的颜色可能有所变化。白平衡可纳入光源设定来校正所显示的颜色，使得颜色可更接近人眼所看到的颜色。在低亮度的环境中，颜色噪声可能特别显著。再者，在装置操作期间，所产生的热也可成为不想要的颜色噪声，其造成所恢复的影像呈现较不真实。在一些实施例中，影像信号处理器的去噪声演算法可决定颜色噪声的数据读取，接着可将其抑制。
图3A是根据本公开的其他实施例，影像感测器20的剖面示意图。如先前所提及，产生显著较大的相位差至关重要，使得不同颜色的光线可被分离且被导向不同的感测单元。超颖表面140的配置可能有所变化，取决于应用和设计需求。基底102、感测部104、深沟槽隔离结构106、抗反射层108、彩色滤光层110、网格结构112、遮光结构114、介电结构130、超颖表面140、以及保护膜150的特征与图1A所示类似，其细节将不于此重复赘述。
参照图3A，绘示影像感测器20的剖面示意图。相较于图1A，显示影像感测器20的感测单元组100C和感测单元组100D。为了例示性目的，图3A所示的感测单元组100C和感测单元组100D皆包括一个左感测单元和一个右感测单元。特别是，感测单元组100C包括左感测单元100C-L和右感测单元100C-R，而感测单元组100D包括左感测单元100D-L和右感测单元100D-R。在感测单元组100C内不存在中心纳米柱144B。当超颖表面140被纳入于影像感测器20时，在法线方向进入影像感测器20的入射光线可在传输穿过下方的彩色滤光层110之前，基于其颜色将入射光线分离。这样的配置允许彩色滤光层110的每个彩色单元可接收到所欲颜色的最大光能量。换言之，可最小化光能量损失，且可提升量子效率。
根据本公开的一些实施例，当设计白色单元以传输红色波长光线、绿色波长光线、以及蓝色波长光线时，超颖表面140可将红色波长光线、绿色波长光线、以及蓝色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向白色单元。由于超颖表面140的存在，不再需要将白色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号。结果是，可执行白色单元的整体后端制造，以达到较低功率消耗、较少颜色误差机率、以及较高绿色波段尖峰(由于较高的透光率)。
图3B是根据本公开的其他实施例，影像感测器20的上视图。应注意的是，图3A为图3B的线段B-B’所获得的剖面示意图。如先前所提及，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可构成重合模式的像素。2×2像素阵列可周期性地排列成多个循环横越真实的影像感测器。再者，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可各包括四个感测单元排列成2×2。为了例示性目的，省略基底102、感测部104、深沟槽隔离结构106、抗反射层108、彩色滤光层110、网格结构112、遮光结构114、介电结构130、以及保护膜150。填充材料142和多个纳米结构144的特征与图3A所示类似，其细节将不于此重复赘述。
参照图3B，从上视图来看，由于像素的感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D被排列成2×2的阵列，且像素阵列可周期性地排列成多个循环，可将周边纳米柱144A设置成由相邻组的感测单元所共享。相反地，中心纳米柱144B位于感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D的其中一些内。在感测单元组100B和感测单元组100C内没有中心纳米柱144B存在。从替代观点来看，除了将一些中心纳米柱144B视为被省略，也可将这些中心纳米柱144B视为被微缩至无限小的尺寸。
继续参照图3B，在本公开的特定实施例中，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可分别包括红色单元、白色单元、白色单元、以及蓝色单元。应注意的是，感测单元组100B和感测单元组100C皆包括白色单元，因而感测单元组100B和感测单元组100C的多个纳米结构144(例如周边纳米柱144A和中心纳米柱144B)可具有相同的配置(或没有纳米结构144放置于其中)。应理解的是，由于白色波段涵盖整个黄色波段，图3B所示超颖表面140的配置也可被用于黄色单元。当设计白色单元以传输红色波长光线、绿色波长光线、以及蓝色波长光线时，超颖表面140可将红色波长光线、绿色波长光线、以及蓝色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向白色单元。由于超颖表面140的存在，不再需要将白色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号。结果是，可执行白色单元的整体后端制造，以达到较低功率消耗、较少颜色误差机率、以及较高绿色波段尖峰(由于较高的透光率)。
图4是根据本公开的其他实施例，影像感测器30的剖面示意图。如先前所提及，产生显著较大的相位差至关重要，使得不同颜色的光线可被分离且被导向不同的感测单元。超颖表面的配置可能有所变化，取决于应用和设计需求。基底102、感测部104、深沟槽隔离结构106、抗反射层108、彩色滤光层110、网格结构112、遮光结构114、介电结构130、超颖表面140、以及保护膜150的特征与图1A所示类似，其细节将不于此重复赘述。
参照图4，绘示影像感测器30的剖面示意图。相较于图1A，在原本的超颖表面140上加入额外的超颖表面140’。根据本公开的一些实施例，超颖表面140’可包括填充材料142’和多个纳米结构144’。再者，多个纳米结构144’可包括周边纳米柱144A’和中心纳米柱144B’。当整体超颖表面的厚度被设计成极度大时，由于很大的高宽比，以单一图案化制程制造超颖表面可能会有困难。因此，可以多个依序膜层的超颖表面140和超颖表面140’形成整体超颖表面。应理解的是，超颖表面140和超颖表面140’可彼此偏移(特别是靠近影像感测器的边缘)，以因应较大倾斜角度的入射光线。由于多层配置的超颖表面，进入影像感测器30的入射光线可在传输穿过下方的彩色滤光层110之前，基于其颜色将入射光分离。结果是，彩色滤光层110的每个彩色单元可接收到所欲颜色的最大光能量。换言之，可最小化光能量损失，且可提升量子效率。
当设计黄色单元以传输红色波长光线和绿色波长光线时，超颖表面140可将红色波长光线和绿色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向黄色单元。当设计白色单元以传输红色波长光线、绿色波长光线、以及蓝色波长光线时，超颖表面140可将红色波长光线、绿色波长光线、以及蓝色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向白色单元。由于超颖表面140的存在，不再需要将黄色信号或白色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号。结果是，可执行黄色单元或白色单元的整体后端制造，以达到较低功率消耗、较少颜色误差机率、以及较高绿色波段尖峰(由于较高的透光率)。
图5和图6是根据本公开的其他实施例，具有各种设计的影像感测器40和50的上视图。如先前所提及，产生显著较大的相位差至关重要，使得不同颜色的光线可被分离且被导向不同的感测单元。超颖表面140的配置可能有所变化，取决于应用和设计需求。如先前所提及，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可构成重合模式的像素。2×2像素阵列可周期性地排列成多个循环横越真实的影像感测器。再者，感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D可各包括四个感测单元排列成2×2。为了例示性目的，省略基底102、感测部104、深沟槽隔离结构106、抗反射层108、彩色滤光层110、网格结构112、遮光结构114、介电结构130、以及保护膜150。填充材料142和多个纳米结构144的特征与图1A所示类似，其细节将不于此重复赘述。
参照图5，绘示影像感测器40的上视图。从上视图来看，由于像素的感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D被排列成2×2的阵列，且像素阵列可周期性地排列成多个循环，可将周边纳米柱144A设置成由相邻组的感测单元所共享。相反地，中心纳米柱144B位于感测单元组100A、感测单元组100B、感测单元组100C、以及感测单元组100D的其中一些内。相较于图1B，在感测单元组100D内(其可包括蓝色单元)没有中心纳米柱144B存在。从替代观点来看，除了将此中心纳米柱144B视为被省略，也可将此中心纳米柱144B视为被微缩至无限小的尺寸。
继续参照图5，可针对黄色单元和白色单元两者实施影像感测器40的超颖表面140。当设计黄色单元以传输红色波长光线和绿色波长光线时，超颖表面140可将红色波长光线和绿色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向黄色单元。当设计白色单元以传输红色波长光线、绿色波长光线、以及蓝色波长光线时，超颖表面140可将红色波长光线、绿色波长光线、以及蓝色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向白色单元。由于超颖表面140的存在，不再需要将黄色信号或白色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号。结果是，可执行黄色单元或白色单元的整体后端制造，以达到较低功率消耗、较少颜色误差机率、以及较高绿色波段尖峰(由于较高的透光率)。
参照图6，绘示影像感测器50的上视图。相较于图5，在感测单元组100B和感测单元组100C内仅有两个中心纳米柱144B存在。换言之，在感测单元组100A感测单元组100D内(其可分别包括红色单元和蓝色单元)没有纳米结构144。从替代观点来看，除了将一些周边纳米柱144A和中心纳米柱144B视为被省略，也可将这些周边纳米柱144A和中心纳米柱144B视为被微缩至无限小的尺寸。
继续参照图6，可针对黄色单元和白色单元两者实施影像感测器50的超颖表面140。当设计黄色单元以传输红色波长光线和绿色波长光线时，超颖表面140可将红色波长光线和绿色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向黄色单元。当设计白色单元以传输红色波长光线、绿色波长光线、以及蓝色波长光线时，超颖表面140可将红色波长光线、绿色波长光线、以及蓝色波长光线分离，使得仅绿色波长光线可被导向白色单元。由于超颖表面140的存在，不再需要将黄色信号或白色信号转换成由绿色单元所萃取的等效信号。结果是，可执行黄色单元或白色单元的整体后端制造，以达到较低功率消耗、较少颜色误差机率、以及较高绿色波段尖峰(由于较高的透光率)。
借由将超颖表面纳入标准影像感测器中，不同颜色的入射光线可被分离且被导向不同的感测单元，可最小化光能量损失，且可提升量子效率。当利用黄色单元或白色单元以替换绿色单元来增加在低亮度环境中(或在黑暗中)的透光率时，超颖表面可迫使黄色单元或白色单元仅接收绿色波长光线，使得仅绿色信号可由黄色单元或白色单元所萃取。结果是，可执行黄色单元或白色单元的整体后端制造(用于操作影像信号处理器)，以达到较低功率消耗、较少颜色误差机率、以及较高绿色波段尖峰(由于较高的透光率)。
以上概述数个实施例的特征，以使本发明所属技术领域中具有通常知识者可以更加理解本公开实施例的观点。本发明所属技术领域中具有通常知识者应该理解，可轻易地以本公开实施例为基础，设计或修改其他制程和结构，以达到与在此介绍的实施例相同的目的及/或优势。本发明所属技术领域中具有通常知识者也应该理解到，此类等效的结构并无悖离本公开实施例的精神与范围，且可在不违背本公开实施例的精神和范围之下，做各式各样的改变、取代和替换。因此，本公开实施例的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。另外，虽然本公开已以数个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本公开实施例的范围。
整份说明书对特征、优点或类似语言的引用，并非意味可以利用本公开实施例实现的所有特征和优点应该或者可以在本公开的任何单一实施例中实现。相对地，涉及特征和优点的语言被理解为其意味着结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本公开的至少一个实施例中。因而，在整份说明书中对特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定代表相同的实施例。
再者，在一或多个实施例中，可以任何合适的方式组合本公开实施例的所描述的特征、优点和特性。根据本文的描述，所属技术领域中具有通常知识者将意识到，可在没有特定实施例的一个或多个特定特征或优点的情况下实现本公开实施例。在其他情况下，在某些实施例中可辨识附加的特征和优点，这些特征和优点可能不存在于本公开的所有实施例中。

Claims (13)

1.一种影像感测器，包括：
多个感测单元组；
一彩色滤光层，具有多个彩色单元分别设置于所述多个感测单元组内，其中所述多个彩色单元包括一黄色单元或一白色单元；
一介电结构，设置于该彩色滤光层上；以及
一超颖表面，设置于该介电结构上。
2.如权利要求1所述的影像感测器，其中将该彩色滤光层的该黄色单元设计以传输一红波长光线和一绿波长光线，而配置该超颖表面以将该红波长光线和该绿波长光线分离，使得仅该绿波长光线被导向该黄色单元。
3.如权利要求1所述的影像感测器，其中将该彩色滤光层的该白色单元设计以传输一红波长光线、一绿波长光线、以及一蓝波长光线，而配置该超颖表面以将该红波长光线、该绿波长光线、以及该蓝波长光线分离，使得仅该绿波长光线被导向该白色单元。
4.如权利要求1所述的影像感测器，其中该超颖表面更包括：
多个纳米结构，其中从上视图来看，所述多个纳米结构的每一个的尺寸介于90nm和1μm之间，其中所述多个纳米结构更包括：
多个周边纳米柱，从上视图来看，位于所述多个感测单元组的周边；以及
多个中心纳米柱，从上视图来看，位于所述多个感测单元组的中心点；以及
一填充材料，横向地围绕所述多个纳米结构。
5.如权利要求4所述的影像感测器，其中该填充材料为空气，其中该填充材料的折射率介于1.0和1.7之间，其中所述多个纳米结构的折射率介于1.8和3.5之间，而所述多个纳米结构的折射率高于该填充材料的折射率。
6.如权利要求1所述的影像感测器，其中所述多个感测单元组更包括一第一感测单元组、一第二感测单元组、一第三感测单元组、以及一第四感测单元组，其中：
该彩色滤光层的一红色单元，设置于该第一感测单元组内；
该彩色滤光层的该黄色单元，设置于该第二感测单元组内；
该彩色滤光层的该黄色单元，设置于该第三感测单元组内；以及
该彩色滤光层的一蓝色单元，设置于该第四感测单元组内。
7.如权利要求1所述的影像感测器，其中所述多个感测单元组更包括一第一感测单元组、一第二感测单元组、一第三感测单元组、以及一第四感测单元组，其中：
该彩色滤光层的一红色单元，设置于该第一感测单元组内；
该彩色滤光层的该白色单元，设置于该第二感测单元组内；
该彩色滤光层的该白色单元，设置于该第三感测单元组内；以及
该彩色滤光层的一蓝色单元，设置于该第四感测单元组内。
8.如权利要求1所述的影像感测器，其中所述多个感测单元组更包括一第一感测单元组、一第二感测单元组、一第三感测单元组、以及一第四感测单元组，其中从上视图来看，该第一感测单元组、该第二感测单元组、该第三感测单元组、以及该第四感测单元组构成一像素，且排列成2×2的一阵列，该阵列周期性地排列成多个循环横越该影像感测器。
9.如权利要求1所述的影像感测器，其中该超颖表面的厚度介于200nm和1.5μm之间，而该介电结构的厚度介于0.1μm和3μm之间，其中该彩色滤光层的折射率介于1.2和2.2之间，其中该介电结构的折射率介于1.2和2.2之间。
10.如权利要求1所述的影像感测器，更包括：
多个感测部，埋入于一基底内；以及
一深沟槽隔离结构，将所述多个感测部的每一个分隔开。
11.如权利要求1所述的影像感测器，更包括：
一网格结构，横向地围绕所述多个感测单元组内的该彩色滤光层的所述多个彩色单元的每一个，其中该网格结构的折射率介于1.0和1.6之间；
一遮光结构，埋入于该网格结构内；以及
一保护膜，设置于该超颖表面上，其中该保护膜的折射率介于1.4和1.6之间。
12.一种影像信号处理器的简化方法，包括：
使用一影像感测器撷取多个影像信号，该影像感测器包括：
多个感测单元组；
一彩色滤光层，具有多个彩色单元分别设置于所述多个感测单元组内，其中所述多个彩色单元包括一黄色单元或一白色单元；
一介电结构，设置于该彩色滤光层上；以及
一超颖表面，设置于该介电结构上；
对所述多个影像信号施加一色彩校正矩阵；
去马赛克所述多个影像信号；以及
对所述多个影像信号进行曝光对比、白平衡、以及去噪声。
13.如权利要求12所述的影像信号处理器的简化方法，其中配置该超颖表面以将一光线分离成不同的颜色，使得由该黄色单元或该白色单元所撷取的所述多个影像信号为多个绿色信号。
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