TW201635509A - 具有白色像素及彩色像素的彩色圖像感測器 - Google Patents
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Abstract
本發明相關於彩色圖像感測器。
為從良好亮度解析度及未過度地為矽對近紅外線照射之靈敏度所衰減的顏色精準度二者獲益，本發明提議使用未以彩色濾波器塗佈且散佈在該矩陣中的白色像素(T)產生包含以彩色濾波器塗佈之散佈在該矩陣中的彩色像素(R)、(G)、(B)之像素的馬賽克。該等彩色像素包括與該等白色像素之該等光二極體不同地構成的光二極體，該不同構成使得該等彩色像素的該等光二極體對紅外線照射具有比該等白色像素之該等光二極體更低的靈敏度。
Description
本發明係關於白色像素及彩色像素的彩色圖像感測器。
本發明相關於包括光敏像素之矩陣的電子彩色圖像感測器，該等光敏像素量測彼等所接收的光量。最常見的感測器係原本以CCD技術實現的感測器，而現在逐漸常見係包含以MOS技術實現之主動式像素的感測器。本發明將描述關於以MOS技術實現之主動式像素。
以MOS技術實現的主動式像素通常包括以矽製造的光二極體及允許偵測在照明的作用下產生在該光二極體中之電荷量的複數個電晶體。將在該像素中偵測到的信號等級從該矩陣轉出至讀取電路，例如，每行像素一個讀取電路，該讀出平行地在各行上逐列實施。
為允許使用單一的像素矩陣取得彩色圖像，通常在光進入側上將不同彩色之濾波器的馬賽克提供成沈積在該等像素上方，該馬賽克最常係所謂的拜耳馬賽克，其包括原
色的四個彩色濾波器，亦即，紅色濾波器、藍色濾波器、及二個綠色濾波器，之群組的規律配置。使用次要補色，青色、洋紅色、及黃色，之濾波器的配置也係可能的。
該等濾波器使用有機彩色色素製造。然而，彼等具有使由該感測器的光二極體所接收之光量大幅衰減的缺點；為紅色濾波器所覆蓋的像素最多僅接收到在紅色波長接收之光的75%，且相似的，為藍色或綠色濾波器所覆蓋的像素不能均勻地轉換以藍色或以綠色照射的所有光；此導致作為頻率函數之濾波器的傳輸曲線不係矩形而係高斯的，且傳輸尖峰不是100%。
其在低照明度導致該等像素不再足夠靈敏且所產生的圖像不能為眼睛所用。
已在先前技術中提議形成包含在下文中將稱為彩色像素(例如，紅色像素、藍色像素、綠色像素)以回想起彩色濾波器的存在之以彩色濾波器塗佈的像素，及在下文中將稱為白色像素之未以彩色濾波器塗佈的像素二者的矩陣。
因此，在低照明度的情形中，白色像素收集所有的光並輸送主要亮度資訊。彩色像素收集較少的光並輸送色度資訊。因為此色度資訊源自接收較少光的像素，其將具有比使用拜耳濾波器矩陣更低的解析度，及比白色像素之等級更低的信號等級，但此僅係次要缺點，因為該低光亮度資訊比色度正確性更重要。白色像素的數目越大，將代表該圖像之亮度的亮度資訊越精準。
使用彩色濾波器，更明確地說，使用有機色素形成之最便宜的濾波器，之馬賽克所習知遭遇到的另一問題係此等濾波器對近紅外光全部非常透明，且更明確地說，在從750奈米至1100奈米的波長帶中。矽對此等波長靈敏並產生與其接收之近紅外線照射成比例的電荷。產生在紅色、藍色、或綠色像素中的此等電荷並非由該像素所實際接收的紅色或藍色或綠色照射產生。因此此等電荷在此等像素中產生其不代表由該感測器所觀測到之場景的實際彩色的信號部分。為防止感測器接收此干擾紅外線照射，已在先前技術中提議將允許可見波長中的光通過但阻擋近紅外線的帶止光學濾波器放置在感測器之前。此種濾波器係昂貴的，因為其必須有效地阻擋紅外線，同時特別允許紅色波長帶通過。
也已提議將以完全阻擋可見波長但允許紅外線通過的濾波器覆蓋之可稱為黑色像素的額外像素散佈在紅色、綠色、及藍色彩色像素的習知馬賽克中。此種濾波器可恰如同其他濾波器使用有機色素製造，例如，藉由將紅色濾波器及藍色濾波器重疊在關注像素的位置上。若受修改的係拜耳馬賽克，則像素的獨立群組包含一個紅色像素、一個藍色像素、二個綠色像素、及一個黑色像素，此等像素彼此接近並從受觀測場景接收實質相同的紅外光劑量。然後從藉由受紅外線照射影響的紅色、綠色、及藍色像素製造的信號減去從緊接在側並僅接收紅外線照射的黑色像素發出的值。對所有像素實行的此減法消除紅外線照射在此等
像素上的有害影響。
本發明基於包括彩色像素及白色像素的矩陣能受不同地處理以致於由紅外線製造且當白色像素存在時由彼等接收的亮度不必然不利的觀察。具體地說，由白色像素接收的照射未損壞彩色精準度，且相反地有助於場景之全部發光的表示，特別係在低光或當較高信號等級對電子圖像的品質可取時的情形中。
因此本揭示發明提供一種彩色圖像感測器，包含N個主動光敏像素的矩陣，像素包括光二極體以輸送藉由光在該光二極體中產生之電荷的電信號函數，該矩陣為與該像素的矩陣對應地放置之彩色濾波器的馬賽克所覆蓋，以形成以彩色濾波器塗佈之稱為彩色像素(R、G、B)的像素，該等濾波器係對應於至少等於二的不同彩色之數目K的K種不同濾波器，且各彩色的該等像素散佈在該矩陣中，該矩陣更包含未以彩色濾波器覆蓋及散佈在該矩陣中之稱為白色像素(T)的P個像素，P<N，其中該等彩色像素的該等光二極體係與該等白色像素之該等光二極體不同地構成，該等彩色像素的該等光二極體對紅外線波長具有顯著低於該等白色像素之該等光二極體對該等相同波長的轉換係數之將光子轉換為電荷的係數。
因此，不必然需要黑色像素且對使用其會不必要地減少由白色像素輸送的亮度資訊且會係昂貴之整體紅外線濾
波器沒有任何需要，製造提供，特別在低照明度提供，良好品質之亮度資訊且色度資訊未為紅外線照射所大幅衰減的圖像。
有若干種產生彩色像素之對紅外線照射比白色像素的光二極體更不靈敏之光二極體的可能方式。通常，已知最短波長係穿透矽最少的波長且彼等因此在小深度(藍色波長為100至300奈米)產生電荷；綠色及紅色波長更深地穿透矽且在略大的深度產生電荷(典型多達一微米)；紅外線波長係最深地穿透矽並在可明顯更高的深度(近紅外線為數微米)產生電荷的波長。
因此在實際上僅有紅外光穿透至其的特定深度下方提供用於防止光製造有用電荷(亦即，可由光二極體有效地恢復以待讀取的電荷)的機構。為作到此，可限制藉由光二極體的反向偏壓在矽中產生之空間電荷區的深度，或可產生用於收集及移除在深處產生之電子的區。在第一情形中，在像素之光二極體的空間電荷區外側之深處產生的電子不能為該像素所收集且因此不會形成該像素的有用電荷部分；具體地說，此等電子在空間電荷區以外的它處重結合且不遷移至光二極體的陰極。在第二情形中，將電荷收集及移除至汲極而非光二極體。
在一實施例中，該等光二極體係藉由n摻雜局部區域及使其成為參考電位的p摻雜主動層之間n-p接面形成，該主動層具有在該接面下方的深度H。該等彩色像素的該等光二極體包括比該p摻雜主動層更高摻雜的p+-型局部
區域，此更高摻雜的局部區域將在藉由該光二極體的反向偏壓之操作中產生的該空間電荷區減少至比正位於該接面下方之p型主動層的該深度H更低的值H'並限制在此深度H'，且該等白色像素不包括此種p+型局部區域使得彼等的空間電荷區可延伸至大於H'的深度。
在另一實施例中，具有與用於白色像素之相同種類的光二極體，對為彩色濾波器所覆蓋之像素的光二極體提供以包括位於該接面下方之深度H"的n+型埋入局部區域，其深度使得位於該埋入局部區域下方的該主動層主要接收紅外光且沒有或實際上沒有可見光照射，使該埋入局部區域成為允許此區域下方之由該紅外線照射產生的該等電荷受汲取的電位。
在此第二實施例中，將以彩色濾波器覆蓋的像素並列成使得彼等經由一側接觸，或若有絕對必要，經由角隅接觸以允許連續性形成在彩色像素之n+埋入區域的連接中係可取的，該連續性延伸至該矩陣的一邊緣。因此所有此等像素的n+型埋入層可彼此連接，然後較易於從矩陣的邊緣將n+型埋入層連接至正電位。此使避免必需在像素內側提供連接接點變得可能。然而，即使具有將彩色像素分開的白色像素，也可能藉由將n+埋入層指定為環繞白色像素而不在白色像素下方穿透且因此未顯著修改該構造及此等白色像素的光二極體之行為的柵格形而產生連續的n+埋入層。
各種馬賽克組態均係可能的，一種有利組態係採用由
一個藍色像素、一個紅色像素、二個綠色濾波器像素、及在該矩陣之指定行或指定列的二個彩色像素之間沒有濾波器的X個像素組成之週期像素群組的像素配置。X高於或等於1，且等於1、2、或3為佳。
10‧‧‧主動層
12‧‧‧基板
14‧‧‧n型獨立區域
16‧‧‧p+型表面區
20‧‧‧局部區域
30‧‧‧n+區域
B‧‧‧藍色像素
G‧‧‧綠色像素
GF‧‧‧綠色濾波器
GR‧‧‧紅色濾波器
H、H'、H"、Z、Z'‧‧‧深度
IR‧‧‧黑色像素
R‧‧‧紅色像素
T‧‧‧白色像素
本發明的其他特性及優點將在閱讀參考隨附圖式提供的以下實施方式時變得明顯，其中：圖1示意地顯示電子彩色圖像感測器的組織，該感測器包含以具有散佈在該矩陣中的無濾波器像素之彩色濾波器的馬賽克塗佈之基於矽的像素矩陣；圖2顯示以彩色濾波器塗佈之像素的可能頻譜響應的範例；圖3顯示允許補償近紅外線照射的影響之先前技術的馬賽克的範例；圖4顯示根據本發明之感測器的組織；圖5顯示紅外線在彩色像素上的影響衰減的光二極體實施例；圖6顯示根據本發明的另一實施例；圖7顯示將在不相鄰彩色像素之光二極體下方的n+區域連接的一種方式；圖8顯示根據本發明的像素之馬賽克的複數個有利組態；且圖9顯示另外合併僅對紅外光靈敏之黑色像素的組
態。
圖1經由頂視圖顯示先前技術之矩陣陣列感測器的原理。其包含光敏像素之行及列的矩陣。此矩陣以彩色濾波器的馬賽克覆蓋。在此範例中，有因為彼等為指定彩色之濾波器所覆蓋而稱為「彩色」像素的像素，及未為彩色濾波器覆蓋之稱為白色像素的像素二者。例如，已顯示分別係以允許紅色光通過但不允許或幾乎不允許其他彩色通過之濾波器覆蓋的紅色像素(R)、以允許藍色光通過但不允許或幾乎不允許其他彩色通過之濾波器覆蓋的藍色像素(B)、及以允許綠色光通過但不允許或幾乎不允許其他彩色通過之濾波器覆蓋的綠色像素(G)、及未為濾波器覆蓋且因此允許所有彩色通過之白色像素(T)的四種像素之群組的規律分佈。彩色在馬賽克中的其他分佈在本技術中已為人所知，包括取代原色紅色、藍色、及綠色的補色青色、洋紅色、及黃色之濾波器的分佈。
該感測器係基於矽的感測器，其將其在從約300奈米延伸至約1100奈米之波長帶中接收的光轉換為電荷。各像素由光二極體及輸送代表由該像素接收的照明之電信號的數個電晶體組成。該等濾波器通常係包含有機彩色色素的濾波器，該等色素主要允許對應於關注彩色的波長通過，亦即：藍色約300至530奈米、綠色約480至620奈米、且紅色約580至650奈米。
圖2顯示以有機彩色濾波器覆蓋的矽感測器之典型靈敏度的圖。
此圖中顯示五條不同曲線。x軸代表波長；y軸係任意單位的靈敏度比例，代表像素對關注波長之指定光子量的輸出信號。
曲線RNF係白色像素，亦即，沒有濾波器的像素，的響應曲線。其代表矽之本質整體靈敏度。此曲線在紅色具有最大值且在此最大值的任一側減少。其他曲線RB、RG、RR分別係藍色、綠色、及紅色像素的靈敏度曲線，且此等曲線因此計入彩色濾波器的存在。此等三條曲線在近紅外線域呈現巨大的靈敏度增加；在約820奈米之外，該等濾波器由於不阻擋此等近紅外線波長而實際上全部係幾乎透明的。
例如，藉由使得認為藍色像素正輸送代表藍色波長之亮度的信號，然而該信號代表由該像素接收之藍色亮度及紅外線亮度的和，近紅外線因此使圖像的彩色精準度退化。
放在感測器前端的紅外線濾波器允許消除此缺點，但其係昂貴的。
在先前技術中，已提議具有藍色像素(B)、綠色像素(G)、紅色像素(R)、及不允許彩色通過且僅允許紅外線照射通過之稱為「黑色」像素的像素之不同構造的馬賽克。黑色像素可藉由簡單地重疊紅色濾波器及藍色濾波器而製造；其在圖2中的響應曲線會係曲線RIr。圖3
顯示此種感測器的組織。各彩色像素輸送代表在關注彩色接收之亮度及在近紅外線接收的亮度之和的信號。黑色像素輸送僅代表在近紅外線接收之亮度的信號。從彩色像素發出之信號及從最接近黑色像素發出的信號之間的減法將與紅外線關聯的成分從彩色像素的信號消除。
圖4顯示根據本發明之感測器的通常組織，其基於允許避免在感測器前端使用紅外線濾波器及允許濾波器的馬賽克也包括以將白色像素之亮度最大化的方式使用之白色像素的不同原理。覆蓋感測器之濾波器的馬賽克可與圖1中的馬賽克相同，亦即，其使用因為彼等為彩色濾波器所覆蓋而稱為「彩色」像素的像素(R)、(G)、(B)，及不為彩色濾波器所覆蓋之稱為「白色」像素(T)的像素。以下，將考慮該等濾波器的彩色係原色紅色、綠色、及藍色的情形，但能替代地提供次要色洋紅色、青色、及黃色的感測器。
本發明的特殊性係彩色像素係從具有與白色像素之光二極體不同之構造的光二極體以矽製造。白色像素具有如先前技術對紅外線照射相當高靈敏的光二極體，但彩色像素係以對紅外線照射顯著地較不靈敏的不同光二極體製造。彩色像素的光二極體因此在紅外線波長具有顯著低於白色像素之光二極體的轉換係數(或更通常地，作為波長之函數的應響等級)。彩色像素R、G、B在圖4中以點狀碟形區域顯示，其象徵此等像素之光二極體與白色像素的光二極體不同。將白色像素顯示成沒有此點狀碟形區域
並在紅外線域中具有較強響應。
習知感測器的光二極體通常藉由在p型單晶矽之主動層中的n-p接面形成。為在彩色像素中得到比白色像素中更低的轉換係數，例如，可能限制藉由光二極體的反向偏壓所產生之空間電荷區的深度，或的確可能在主動層中產生用於收集及移除在主動層深處產生之電子的中間區。空間電荷區，也稱為空乏區，係沒有其在n-p接面出現之自由載體，特別當其受反向偏壓時，的區域。此區域在接面任一側上的範圍隨該層之摻雜的減少及隨反向偏壓電壓的增加而增加。非零電場於其中發展的此區域允許得到非常高的產生電荷收集效率。
該n-p接面形成在n摻雜局部區域及p摻雜主動層之間。使該主動層成為參考電位。所有導電類型均能顛倒而不改變本發明的本質，且針對一種導電類型給定的定義將視為等同地施用至相反類型而不脫離本發明的範圍。
圖5在通過感測器之矽的剖面圖中顯示三個相鄰像素的光二極體。該等像素係二個紅色(R)及綠色(G)彩色像素及一個白色像素(T)。僅顯示該等光二極體以簡化圖式，像素的電晶體並未顯示。光二極體形成於其中之單晶矽的主動層10係p型主動層。其可係單晶矽基板的頂層或絕緣層覆矽(SOI)基板的頂磊晶層。基板12在圖5中簡單地藉由影線顯示；其厚度遠大於主動層10的厚度，後者可能具有3微米至30微米的厚度。
光二極體使用擴散至主動層10中的n型獨立區域14
構成，該等區域與下方的矽形成n-p接面。習知地但非強制性地，每個n區域14可為使其成為應用至主動層10的電位之參考電位的p+型表面區16所覆蓋。該等像素係主動式像素並包括用於讀取操作時累積在區域14中之電荷的電晶體。該等像素藉由由與主動層10的類型相同但受更高摻雜之矽所組成的絕緣區域彼此分隔，該絕緣選擇地藉由氧化矽的淺溝槽隔離(STI)所強化。此等區並未顯示；彼等防止或限制由光產生的電荷從一像素移動至相鄰像素。最後，例如，以氧化矽SiO2製造的絕緣層可覆蓋光二極體的全部表面。
該綠色像素的光二極體為綠色濾波器GF所覆蓋且該紅色像素的光二極體為紅色濾波器GR所覆蓋。可視為沒有濾波器在白色像素T的光二極體上方。
在此描述中，術語「光二極體」將用於指稱由n區域14(選擇性地與其區域16)及位於區域14下方的半導體區域構成的配件。
在圖5的實施例中，白色及彩色像素的光二極體之構造中的不同係在藉由光二極體的反向偏壓而在主動層中產生之空間電荷區的可能縱深延伸上導致不同的不同。憑藉此等彩色像素之光二極體的特定構造，空間電荷區的可能延伸(藉由點虛線表示)在彩色像素中比在白色像素中小。此延伸取決於接面下方之半導體的摻雜並取決於光二極體的反向偏壓。然而，藉由比主動層更高摻雜的p+型深層使該延伸的限制在彩色像素中小於在白色像素中。
在提供於圖5的範例中，將主動層的深度H視為係約3至10微米並將空間電荷區視為佔據白色像素下方之主動層的全部深度，或幾乎全部深度。然而，主動層的深度H能與空間電荷區的深度Z不同，特別當主動層的深度大於10或20微米或更多時。
然後在彩色像素下方提供與主動層的導電類型相同但更高摻雜的局部區域20，將藉由像素之光二極體的反向偏壓在操作時製造之空間電荷區的延伸限制至n-p接面下方的深度Z'。深度Z'小於Z且p+局部區域的頂部可幾乎位於接面下方的深度H'=Z'，或若p+局部區域受遠比主動層更高的摻雜，在此深度之上一些。具體地說，該空間電荷區在高摻雜區域中延伸入的極少。空間電荷區的延伸比例於摻雜劑原子之濃度的倒數的平方根。
藍色、綠色、及紅色可見波長的照射穿透入該矽中並在深度Z'產生電荷。此照射不會穿透得更深或沒有那麼深。紅外光更深地穿透至p+區域20中並穿透到之後。若彼等在p+區域中產生電荷，此等電荷將迅速地重結合且電子不被吸引至光二極體的n區域。若彼等在p+區域20及基板12產生電荷，此等電荷可能朝向相鄰白色像素分散，但因為p+區域20阻礙彼等朝向區域14的通道，將不朝向彩色像素分散。
白色像素的光二極體不擁有此p+區域。可見或近紅外線波長的照射在空間電荷區之深度Z的各處產生電荷，此處幾乎遍及主動層的深度。由存在於空間電荷區中之電場
汲取的電子可由白色像素的n區域14收集。所有已接收亮度，無論其波長，均有助於由白色像素所製造的信號。後者提供亮度的最佳可能指示。有接收到由源自相鄰彩色像素的紅外光所產生之電子的風險，產生損失亮度解析度的風險，但此風險隨彩色像素的數目對白色像素之數目的比率減少而減少。將於下文描述為得到良好亮度解析度，提供比彩色像素更多許多之白色像素的組態。
因此，如之前期望的，針對紅外線波長，製造以彩色濾波器塗佈之像素的光二極體的光子至有用信號轉換係數低於白色像素之光二極體的矩陣。
典型地，深度Z'可包含在1及5微米之間且在1及3微米之間為佳，高度差Z-Z'大於2微米為佳，且在主動層簡單地由單晶矽基板之上部分構成的情形中，甚至可能從10至20微米。深度H'可等於Z'。深度H至少等於，但在特定情形中可大幅大於Z。
p+型局部區域20的摻雜(典型係1至10倍的1016原子/cm3，對應於數歐姆-cm的電阻率)係p型主動層之摻雜(典型係1至10倍的1014原子/cm3，對應於數十歐姆-cm的電阻率)的至少10倍為佳，且至少係100倍更佳，使得空間電荷區幾乎在p+區域20之頂部的深度H'停止，且在p+區域中穿透的極少。
p+摻雜區域可藉由深植入與摻雜主動層之雜質，其係硼較佳，相同種類的雜質而製造。此植入發生在光二極體之區域14及16的植入之前。
圖6顯示導致相同期望結果的另一範例實施例，亦即，彩色像素之光二極體對紅外線波長的響應低於白色像素(該響應係由指定波長之光子量所產生且由光二極體有效復原的電荷量以輸送此波長的有用信號)，且此均勻地施用至所有彩色像素。
在此實施例中，在彩色像素的光二極體中，不僅對限制空間電荷區之深度的p+區域，也對位於深度H"並使其成為允許汲取在基本上係由紅外光而非可見光產生電子電洞對之深度由光產生的電子之正電位的n+型局部區域提供。使此n+區域30成為其可係一般供應電位Vdd的固定電位，或低於供應電位但高於主動層之參考電位的電位。將該等電子移除至此固定電位。
產生自可見光的光子在比n+區域之深度H"更小的深度被吸收至矽中，並產生汲取至，如同在白色像素的光二極體中，光二極體之n區域中的電子以輸送有用信號。移除在鄰近於n+區域30或在n+區域30中或在n+區域30下方吸收的紅外線光子且不輸送有用信號。
白色像素的光二極體不包括此n+區域30。
結果，彩色像素對紅外線波長的電響應再次低於白色像素。
為製造該深n+區域，可能以包括小於期望最終厚度，亦即，小於深度H及區14及16的深度之和，的厚度H-H"之p型磊晶主動層的基板開始。製造保護與白色像素之光二極體的位置對應之區域的遮罩，且在將為彩色濾波
器所覆蓋的像素下方將期望的n+區30植入此部分層的表面中。其次，期望主動層之全部高度的磊晶成長在形成光二極體的n及p+區域之前繼續。
為避免需要產生將各彩色像素中之n+層連接的接點(為連接至固定汲極電位)，對待彼此連接的所有n+區域30提供接點為佳，並僅在該矩陣的一或多個部邊緣產生接點。在圖4的情形中，此可藉由將彩色像素的n+區域30提供至使得其接觸相鄰彩色像素之該區域的程度而實現。
藉由將n+區域配置成在二相鄰側上或在二相鄰角隅接觸，也可能在像素經由一側，或甚至僅經由一角隅接觸的所有情形中作到此。
另外，即使彩色像素的邊緣或角隅未形成延伸至矩陣之一邊緣的連續性，仍可能採用僅在白色像素的位置上具有開孔的柵格形式以形成n+區域的連續性，如圖7之範例所示。在此範例中(也可使用在圖5的實施例中)，將像素組織成包含一個紅色像素、一個藍色像素、二個綠色像素、及十二個白色像素之十六個像素的基本圖案。彩色像素全部藉由白色像素彼此分離且彼等的角隅不接觸。然後可能形成如圖7所指示之在所描繪的馬賽克下方之n+區域的柵格；此柵格包括在彩色像素G、R、B下方的連續n+區區域及在白色像素T下方的開孔區域，並連接白色像素周圍的分支，此等連接分支夠窄至使得彼等幾乎對白色像素沒有作用。
圖8顯示對應於不同比例的彩色像素之白色及彩色像素的各種其他配置(分別係50%、25%、及6%)。彩色像素的數目越高，彩色精準度越高。白色像素的數目越高，圖像的亮度解析度越高。馬賽克8A包含具有8個白色像素、四個綠色像素、二個紅色像素、及二個藍色像素的16個像素之方形的週期性重複。馬賽克8B包含具有十二個白色像素及四個彩色像素(二個綠色像素、一個紅色像素、及一個藍色像素，沿著方形的對角線對準)的十六個像素之方形的週期性圖案。馬賽克8C包含包括四個彩色像素(二個綠色像素、一個紅色像素、及一個藍色像素)及21個白色像素之25個像素的週期方形，提供非常良好的亮度解析度。
在一變化實施例中，在彩色像素的馬賽克中提供各者以允許近紅外線通過且不允許可見光通過的濾波器塗佈之黑色像素的散佈。此等黑色像素係以與等同於彩色像素之光二極體的光二極體，亦即，以與彩色像素相同的方式衰減近紅外光之影響的光二極體，製造。收集從各彩色像素發出的信號及從最接近黑色像素發出的信號(或從最接近黑色像素發出之信號的內插)，並將此信號從發行自彩色像素的信號減除。然而，沒有減法在從白色像素發出的信號及從黑色像素發出的信號之間實行。此信號處理因此允許改善彩色像素的彩色精準度而不使白色像素的靈敏度退化。其可用感測器或藉由接收對該矩陣的各像素收集之信號的外部信號處理電路實際地實作。
圖9顯示此變化之實施例的二個範例。第一範例(9A)基於圖8C中的實施例，其中白色中心像素已為黑色像素IR所置換。從本發明的觀點，將以可藉由組合紅色濾波器及藍色濾波器(色素的重疊或混合)製造的紅外線濾波器塗佈的黑色像素視為係彩色像素。第二範例(9B)包含較大比例的黑色像素，基本圖案以包括八個白色像素、四個彩色像素、及四個黑色像素的馬賽克重複，各黑色像素與四個彩色像素等距。
為結束此描述，將注意到字元「n」及「p」已用於分別指稱與使用電子施體或受體雜質的原子之摻雜習知地對應的導電類型，但假定導電類型可全部顛到而不改變與本發明之原理有關的任何事，針對此描述及申請專利範圍的目的，將n及p的參考視為純粹習知的並可對一般情形指定相反類型的摻雜劑。然後所收集的電荷不再係電洞，且必須將電位差的正負號顛倒。此符號用於避免使用，諸如，「第一導電類型」、「第二導電類型」、「正電荷」、「負電荷」等辭句將描述複雜化。
B‧‧‧藍色像素
G‧‧‧綠色像素
R‧‧‧紅色像素
T‧‧‧白色像素
Claims (11)
- 一種彩色圖像感測器，包含N個主動光敏像素的矩陣，像素包括光二極體以輸送藉由光在該光二極體中產生之電荷的電信號函數，該矩陣為與該像素的矩陣對應地放置之彩色濾波器的馬賽克所覆蓋，以形成以彩色濾波器塗佈之稱為彩色像素(R、G、B)的像素，該等濾波器係對應於至少等於二的不同彩色之數目K的K種不同濾波器，且各彩色的該等像素散佈在該矩陣中，該矩陣更包含未以彩色濾波器覆蓋及散佈在該矩陣中之稱為白色像素(T)的P個像素，P<N，其中該等彩色像素的該等光二極體係與該等白色像素之該等光二極體不同地構成，該等彩色像素的該等光二極體對紅外線波長具有顯著低於該等白色像素之該等光二極體對該等相同波長的轉換係數之將光子轉換為電荷的係數。
- 如申請專利範圍第1項的彩色圖像感測器，其中該等光二極體係藉由n摻雜局部區域(14)及使其成為參考電位的p摻雜主動層(12)之間n-p接面形成，該主動層具有在該接面下方的深度H，該等彩色像素的該等光二極體包括比該主動層更高摻雜的p+型局部區域(20)，此更高摻雜的局部區域將在藉由該光二極體的反向偏壓之操作中產生的該空間電荷區減少至比正位於該接面下方之p型主動層的該深度H更低的值H'並限制在此深度H'，且該等白色像素不包括此種p+型局部區域使得彼等的空間電荷區可延伸至大於H'的深度。
- 如申請專利範圍第2項的彩色圖像感測器，其中該深度H'包含在2及3微米之間，且深度差H-H'大於2微米。
- 如申請專利範圍第2項的彩色圖像感測器，其中該p+型局部區域的該摻雜係p型主動層之該摻雜的至少10倍高，且係至少100倍高為佳。
- 如申請專利範圍第1項的彩色圖像感測器，其中該等光二極體係藉由n摻雜局部區域(14)及使其成為參考電位的p摻雜主動層(12)之間n-p接面形成，該主動層具有在該接面下方的深度H，為彩色濾波器所覆蓋之該等像素的該等光二極體包括位於該接面下方之深度H"的n+型埋入局部區域(30)，其深度使得位於該埋入局部區域下方的該主動層主要接收紅外光且實際上沒有可見光照射，使該埋入局部區域成為允許此區域下方之由該紅外線照射產生的該等電荷受汲取的電位，且未為彩色濾波器所覆蓋之該等像素的該等光二極體不包括此種n型埋入局部區域。
- 如申請專利範圍第5項的彩色圖像感測器，其中該n+型埋入局部區域的該深度H"係至少3微米。
- 如申請專利範圍第5項的彩色圖像感測器，其中該等彩色像素串聯地配置，使得彼等經由一角隅或經由一側接觸，且該局部埋入n+區域形成延伸至該矩陣之一邊緣的n+摻雜連續性。
- 如上述申請專利範圍之任一項的彩色圖像感測 器，其中該矩陣包括具有三種不同彩色的濾波器之像素的配置，特別係包括藍色濾波器、紅色濾波器、及二個綠色濾波器的像素及在該矩陣之指定列或指定行的二個彩色像素之間的X(X>=1)個白色像素之群組的週期性配置。
- 如申請專利範圍第8項的彩色圖像感測器，其中該像素的矩陣包括允許紅外光通過而不允許可見光通過之稱為黑色像素的像素，該等黑色像素散佈在該矩陣中，此等像素的該等光二極體形成為該等彩色像素的該等光二極體，允許該感測器之該等彩色像素的彩色精準度藉由彩色像素與最接近的黑色像素之間的信號相減或與最接近之黑色像素的組合改善。
- 如申請專利範圍第8項的彩色圖像感測器，其中X等於1或2或3。
- 如申請專利範圍第9項的彩色圖像感測器，其中X等於1或2或3。
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