TW201642455A - 圖像感測器和具有該圖像感測器的電子設備 - Google Patents

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Abstract

一種圖像感測器，包括：基底，包括用於多個單元像素的光電轉換元件，多個單元像素被二維地佈置成像素陣列；光傳輸構件，位於基底上；網格結構，位於光傳輸構件中並具有多個層；以及光收集構件，位於光傳輸構件上，其中，網格結構根據多個單元像素在像素陣列中的位置針對多個單元像素的相應主光線角而傾斜。

Description

圖像感測器和具有該圖像感測器的電子設備
本發明主張的優先權為在2015年5月27日向韓國智慧財產權局提出的申請案，其韓國申請號為10-2015-0073847，在此併入其全部參考內容。
本發明的示例性實施例涉及一種半導體設備製造技術，更具體地，涉及一種包括網格結構的圖像感測器以及具有該圖像感測器的電子設備。
圖像感測器(image sensor)將光學圖像轉換成電訊號。近來，隨著電腦和通信工業的發展，在各種領域(諸如數位相機、可攜式攝錄影機、個人通信系統(PCS,personal communication system)、遊戲機、監控攝錄影機、醫療微型攝錄影機、機器人等)中對具有改善性能的圖像感測器的需求已經增加。
各種實施例針對一種具有改善性能的圖像感測器以及具有該圖像感測器的電子設備。
在一個實施例中，圖像感測器可以包括：基底，包括用於多個單元像素的光電轉換元件，多個單元像素以像素陣列二維地佈置；光傳輸構件，位於基底上；網格結構，位於光傳輸構件中並具有多個層；以及光收集構件，位於光傳輸構件上，其中，網格結構根據像素陣列中的位置針對單元像素的相 應主光線角(chief ray angle)而傾斜。另外，圖像感測器還可以包括濾色器層，濾色器層位於光傳輸構件和光收集構件之間並包括多個濾色器，其中，多個濾色器的相應邊緣與網格結構的最上層重疊。
光傳輸構件可以具有與網格結構的多個層相對應的多個層。光傳輸構件的多個層中的每個可以包括絕緣材料，並且其中，光傳輸構件的多個層的折射率可以相同。光傳輸構件的多個層中的每個層可以包括絕緣材料，並且其中，具有不同折射率的光傳輸構件的多個層被層疊，使得多個層中的每個層朝向光電轉換元件具有更大折射率。位於像素陣列的中心處的網格結構可以具有垂直側壁，並且其中，隨著單元像素的位置距離像素陣列的中心更遠，網格結構的側壁的傾斜量變得更大。網格結構可以位於單元像素之間。網格結構的多個層的數目可以隨著單元像素的位置離像素陣列的中心更遠而增加。網格結構的線寬可以隨著單元像素的位置離像素陣列的中心更遠而減小。網格結構可以包括金屬材料。網格結構的平面形狀可以與單元像素的相應的平面形狀相同。
在另一個實施例中，圖像感測器可以包括：基底，包括用於多個單元像素的光電轉換元件，多個單元像素二維地佈置成像素陣列；光傳輸構件，位於基底上；網格結構，位於光傳輸構件中並具有多個網格層；以及光收集構件，位於光傳輸構件上，其中，隨著單元像素離像素陣列的中心更遠，下網格層變得比上網格層更靠近像素陣列的邊緣。此外，圖像感測器還可以包括濾色器層，濾色器層位於光傳輸構件與光收集構件之間並包括多個濾色器，其中，濾色器的相應邊緣與網格結構的最上層重疊。
位於像素陣列的中心的網格結構可以具有垂直側壁，並且其中， 網格結構的側壁的傾斜量隨著單元像素離像素陣列的中心更遠而變得更大。網格結構可以位於單元像素之間。網格結構的多個層的數目可以隨著單元像素離像素陣列的中心更遠而增加。網格結構的線寬可以隨著單元像素離像素陣列的中心更遠而減小。網格結構可以包括金屬材料。
在另一個實施例中，電子設備可以包括：光學系統；圖像感測器，適用於接收來自光學系統的光；以及訊號處理單元，適用於對從圖像感測器輸出的訊號執行訊號處理操作。圖像感測器可以包括；基底，包括用於多個單元像素的光電轉換元件，多個單元像素二維地佈置成像素陣列；光傳輸構件，位於基底上；網格結構，位於光傳輸構件中並具有多個網格層；以及光收集構件，位於光傳輸構件上，其中，網格結構根據多個單元像素位於像素陣列中的位置針對單元像素的相應的主光線角而傾斜。
隨著多個單元像素的位置從像素陣列的中心到像素陣列的邊緣變得更遠，在多個網格層之中，下網格層可以設置成比上網格層更靠近像素陣列的邊緣。
根據本發明的示例性實施例，圖像感測器的像素陣列可以包括具有網格結構的多個單元像素，網格結構以與單元像素的相應的主光線角(CRA,chief ray angle)相對應的角度傾斜，使得能夠改善明暗度變化(shading variation)。此外，能夠防止相鄰的單元像素之間的串因並提高量子效率。
100‧‧‧基底
110‧‧‧光電轉換元件
120‧‧‧光傳輸構件
121‧‧‧第一絕緣層
122‧‧‧第二絕緣層
123‧‧‧第三絕緣層
124‧‧‧第四絕緣層
130‧‧‧網格結構
131‧‧‧第一網格層
132‧‧‧第二網格層
133‧‧‧第三網格層
134‧‧‧第四網格層
140‧‧‧濾色器層
150‧‧‧光收集構件
200‧‧‧基底
210‧‧‧光電轉換元件
220‧‧‧光傳輸構件
221‧‧‧第一絕緣層
222‧‧‧第二絕緣層
223‧‧‧第三絕緣層
224‧‧‧第四絕緣層
230‧‧‧網格結構
231‧‧‧第一網格層
232‧‧‧第二網格層
233‧‧‧第三網格層
234‧‧‧第四網格層
250‧‧‧濾色器層
260‧‧‧光收集構件
300‧‧‧圖像感測器
310‧‧‧光學系統
311‧‧‧快門單元
312‧‧‧訊號處理單元
313‧‧‧驅動單元
1000‧‧‧單元像素
1100‧‧‧像素陣列
1200‧‧‧相關雙取樣器(CDS)
1300‧‧‧數位類比轉換器(ADC)
1400‧‧‧緩衝器
1500‧‧‧行驅動器
1600‧‧‧時序產生器
1700‧‧‧控制暫存器
Dout‧‧‧圖像訊號
R、G、B‧‧‧紅色濾色器、綠色濾色器、藍色濾色器
〔圖1〕是示意性示出根據本發明的實施例的圖像感測器的圖。
〔圖2〕是示出根據本發明的示例性實施例的圖像感測器的像素陣 列的平面圖。
〔圖3〕是圖2中示出的像素陣列的剖面圖的第一示例。
〔圖4〕是圖2中示出的像素陣列的剖面圖的第二示例。
〔圖5〕是圖2中示出的像素陣列的剖面圖的第三示例。
〔圖6〕是圖2中示出的像素陣列的剖面圖的第四示例。
〔圖7〕是示出根據本發明的實施例的具有圖像感測器的電子設備的圖。
圖1下面將參考附圖來更詳細地描述各種實施例。然而，本發明可以以不同形式實現，且不應該被解釋為局限於本文所闡述的實施例。相反地，提供這些實施例使得本公開將是徹底的且完整的，並且這些實施例將把本發明的範圍充分地傳達給本發明所屬技術領域中具有通常知識者。貫穿本公開，相同的元件符號在本發明的各種附圖和實施例中指示相同的元件。
附圖不一定按比例繪製，在一些情況下，比例可以被誇大以清楚示出實施例的特徵。當第一層被稱為“在”第二層“上”或“在”基底“上”時，不僅指第一層直接形成在第二層或基底上的情況，而且還指在第一層與第二層或基底之間存在第三層的情況。
根據本發明的示例性實施例，提供了在較高光場中具有改善的明暗度變化(shading variation)的圖像感測器，其中，明暗度變化隨著模組透鏡的‘F’數目減少而增加。當像素陣列由場表示時，像素陣列的中心可以表示為‘0’場，而距像素陣列的中心最遠的位置(即，在對角線方向上的像素陣列的端部)可以表示為‘1’場。因此，較高光場可以表示在邊緣方向上的距像素陣列的中心更遠的外場。
明暗度變化隨著單元像素的大小逐漸縮小且主光線角(CRA)逐漸增大而發生，並且成為使圖像品質劣化的直接因素。詳細地，隨著單元像素的大小縮小且CRA增大，明暗度變化因根據像素陣列的位置而變化的光的量的差異而發生。即，明暗度變化可以隨著落到位於像素陣列的中心處的單元像素的入射光與落到位於像素陣列的邊緣處的單元像素的入射光的差異的增大而增大。在一些高像素產品組合中，透過諸如鏡頭明暗度校正(lens shading correction)的影像處理來校正明暗度變化，但諸如鏡頭明暗度校正的影像處理可能不是改善明暗度變化的最佳方案。
圖像感測器將光學圖像轉換成電訊號，並且可以分類為電荷耦合設備(CCD,charge coupled device)或互補金屬氧化物半導體圖像感測器(CIS,complementary metal oxide semiconductor image sensor)。CIS圖像傳感器具有比CCD圖像感測器簡單的驅動方案，並且可以採用各種掃描方案。此外，用於訊號處理的CIS電路可以透過CMOS流程容易地集成在單個晶片中，消耗較少功率，並且可以降低製造成本。CIS圖像感測器可以分類為前側照明類型和後側照明類型。與前側照明類型的CIS相比，後側照明類型的CIS可以實現優異的操作特性，例如，更大的靈敏度。因此，將使用後側照明類型CIS圖像感測器作為示例來描述下面的實施例。
圖1是示意性地示出根據本發明的實施例的圖像感測器的圖。
如圖1所示，根據實施例的圖像感測器可以包括像素陣列1100、相關雙取樣器(CDS,correlated double sampler)1200、數位類比轉換器(ADC,analog digital converter)1300、緩衝器1400、行驅動器1500、時序產生器1600、控制暫存器1700以及斜坡訊號產生器1800。
像素陣列1100可以是多個單元像素1000的二維陣列。在像素陣列1100中，多個紅色像素R、多個綠色像素G以及多個藍色像素B可以以RG/GB貝爾圖案(Bayer pattern)佈置。多個單元像素1000中的每個單元像素可以具有矩形平面形狀，並且可以以矩陣結構佈置。雖然在附圖中沒有示出，但是多個單元像素1000中的每個單元像素也可以具有六邊形或圓形平面形狀，並且也可以以蜂窩結構佈置。
時序產生器1600可以產生用於控制行驅動器1500、相關雙取樣器1200、數位類比轉換器1300和斜坡訊號產生器1800的相應操作的一個或更多個控制訊號。控制暫存器1700可以產生用於控制斜坡訊號產生器1800、定時產生器1600和緩衝器1400的相應操作的一個或更多個控制訊號。
行驅動器1500可以以行線(row line)為單位來驅動像素陣列1100。例如，行驅動器1500可以產生用於選擇多個行線中的任意一個的選擇訊號。多個單元像素1000中的每個單元像素可以感測入射光，並且可以透過列線(column line)來將圖像重置訊號和圖像訊號輸出到相關雙取樣器1200。相關雙取樣器1200可以對接收到的圖像重置訊號和圖像訊號執行取樣。
數位類比轉換器1300可以將從斜坡訊號產生器1800輸出的斜坡訊號與從相關雙取樣器1200輸出的取樣訊號進行比較，並且可以輸出比較訊號。數位類比轉換器1300可以根據從時序產生器1600提供的時脈訊號來計數比較訊號的位準轉換時間，並且可以將計數值輸出到緩衝器1400。斜坡訊號產生器1800可以在時序產生器1600的控制下操作。
緩衝器1400可以儲存從數位類比轉換器1300輸出的多個數位訊號中的每個數位訊號，然後感測、放大以及輸出這些數位訊號。因此，緩衝 器1400可以包括記憶體(圖未示)和感測放大器(圖未示)。記憶體儲存與從多個單元像素1000輸出的訊號關聯的計數值。感測放大器可以感測並放大從記憶體輸出的相應的計數值。
根據本發明的示例性實施例，圖像感測器可以包括根據像素陣列1100中的位置針對多個單元像素1000的相應CRA而傾斜的網格結構。針對多個單元像素1000的相應的CRA而傾斜的網格結構可以改善明暗度變化，可以防止相鄰單元像素1000之間的串因，並且可以提高量子效率。圖2是示出根據本發明的示例性實施例的圖像感測器的像素陣列的平面圖，圖3是圖2中示出的像素陣列1100的剖面圖的第一示例。圖3示出了三個單元像素，其每個剖面圖分別沿著圖2中示出的線A-A’、B-B’和C-C’截取。圖3中示出的箭頭指示入射光的路徑。
如圖2和圖3所示，圖像感測器可以包括：基底100，包括分別針對多個單元像素1000而形成的光電轉換元件110；光傳輸構件120，形成在基底100上；網格結構130，形成在光傳輸構件120中並且具有多層結構，在多層結構中層疊有多個網格層131至134；濾色器層140，形成在光傳輸構件120上；以及光收集構件150，形成在濾色器層140上。
基底100可以包括半導體基底。半導體基底可以處於單晶狀態，並且可以包括含矽材料。即，基底100可以包括單晶含矽材料。
光電轉換元件110可以包括光電二極體。例如，形成在基底100中的光電轉換元件110可以包括垂直地重疊的多個光電轉換層(圖未示)，其中，多個光電轉換層中的每個光電轉換層可以是包括N型雜質區和P型雜質區的光電二極體。
形成在基底100上的光傳輸構件120可以提供用於網格結構(grid structure)130的空間。光傳輸構件120可以具有與網格結構130相對應的多層結構，並且包括絕緣材料。例如，在光傳輸構件120中，層疊基本上具有相同的折射率或不同的折射率的多個絕緣層。詳細地，如附圖中所示，光傳輸構件120可以透過將第一絕緣層121至第四絕緣層124層疊在基底100上而形成。第一絕緣層121至第四絕緣層124可以是基本上相同的絕緣層。因此，第一絕緣層121至第四絕緣層124可以具有基本上相同的折射率。同時，第一絕緣層121至第四絕緣層124可以具有不同的折射率。在這種情況下，第一絕緣層121至第四絕緣層124的折射率可以朝著光電轉換元件110而變得更大，以防止光損失並增大光收集效率。詳細地，第四絕緣層124可以具有最低的折射率，第一絕緣層121可以具有最高的折射率。當第一絕緣層121至第三絕緣層123具有基本上相同的折射率且第四絕緣層124具有最低的折射率時，第一絕緣層121至第四絕緣層124之中的折射率的變化可以是非線性的。
網格結構130可以位於多個單元像素1000之中，以防止從光收集構件150傳播到光電轉換元件110的入射光的損失。另外，網格結構130可以位於多個單元像素1000之中，以防止相鄰單元像素1000之間的串因(crosstalk)。
此外，為了改善明暗度變化，網格結構130可以具有其中層疊有多個網格層131至134的多層結構。例如，網格結構130可以包括分別形成在第一絕緣層121至第四絕緣層124中的第一網格層131至第四網格層134。第一網格層131至第四網格層134可以具有基本上相同的平面形狀和線寬，而不管它們在像素陣列1100中的位置如何。即，由網格結構130提供的光接收區可 以基本上相等，而不管它們在像素陣列1100中的位置如何。此外，第一網格層131至第四網格層134可以具有基本上相同的平面形狀和線寬，而不管像素的類型(即，紅色像素、綠色像素和藍色像素)如何。即，由網格結構130提供的光接收區可以基本上相等，而不管像素的類型如何。第一網格層131至第四網格層134的平面形狀可以與多個單元像素1000的相應平面形狀基本上相同。
此外，為了改善明暗度變化，網格結構130可以根據像素陣列1100中的位置針對多個單元像素1000的相應CRA而傾斜。網格結構130的側壁可以用與多個單元像素1000的相應CRA相對應的斜度來傾斜。詳細地，位於像素陣列1100的中心處的單元像素1000的網格結構130可以具有垂直的側壁，因為入射光是垂直的。由於入射光變傾斜且因此入射角朝向像素陣列1100的邊緣變得更大，所以單元像素1000的網格結構130的側壁可以隨著單元像素1000的位置變得離像素陣列1100的中心更遠而更斜或更傾斜。在這種情況下，由於CRA從像素陣列1100的中心到像素陣列1100的邊緣逐漸增大，因此網格結構130的側壁的斜度可以與CRA相一致地逐漸增大。
在根據像素陣列1100中的位置針對多個單元像素1000的相應CRA而傾斜的網格結構130的多個網格層131至134之中，隨著單元像素1000的位置變得離像素陣列1100的中心更遠，下網格層可以被設置成比上網格層更靠近像素陣列1100的邊緣。位於像素陣列1100的中心處的單元像素1000的網格結構130可以具有垂直層疊的網格層131至134。位於像素陣列1100的邊緣處的單元像素1000的網格結構130可以具有最斜或最傾斜的網格層131至134，使得下網格層被設置成比上網格層更靠近像素陣列1100的邊緣。隨著單元像素1000的位置離像素陣列1100的中心更遠，下網格層與上網格層之間的設置上的 差異可以逐漸增大，因此單元像素1000的網格結構130的多個網格層131至134的斜或傾斜的量可以變得更大。
此外，網格結構130的形狀可以取決於像素陣列1100中的多個單元像素1000的平面形狀和佈置。例如，當多個單元像素1000每個具有矩形平面形狀且以矩陣結構佈置時，與多個單元像素1000相對應的網格結構130也可以具有矩形平面形狀且可以以網狀結構佈置。例如，當多個單元像素1000每個具有圓形平面形狀且以蜂窩結構佈置時，與多個單元像素1000相對應的網格結構130也可以具有圓形平面形狀且可以以蜂窩結構佈置。
此外，網格結構130可以包括金屬材料。例如，網格結構130可以具有鎢。由於網格結構130包括金屬材料，因此能夠有效地防止相鄰單元像素1000之間的串因。
濾色器層140可以包括多個濾色器。例如，濾色器層140可以包括從包括紅色濾色器、綠色濾色器、藍色濾色器、青色濾色器、黃色濾色器、品紅色濾色器、黑色濾色器和白色濾色器的組中選擇的三種或更多種濾色器。詳細地，在濾色器層140中，紅色濾色器R、綠色濾色器G和藍色濾色器B可以以貝爾圖案佈置。濾色器層140中的多個濾色器的相應邊緣可以與網格結構130重疊。更詳細地，在網格結構130中，最上網格層(例如，第四網格層134)可以與濾色器的邊緣重疊。光收集構件150可以包括半球微透鏡。
根據本發明的實施例，圖像感測器可以包括根據像素陣列1100中的位置針對多個單元像素1000的相應CRA而傾斜的網格結構130，從而改善明暗度變化。隨著明暗度變化被改善，能夠提高位於像素陣列1100的邊緣處的單元像素1000的量子效率。網格結構130可以增加進入位於像素陣列1100的 邊緣處的單元像素1000中的入射光的量。此外，包括金屬材料的網格結構130可以防止相鄰單元像素1000之間的串因。
圖4是圖2中示出的像素陣列1100的剖面圖的第二示例。圖4示出了三個單元像素，其每個剖面圖沿著圖2中示出的線A-A’、B-B’和C-C’截取。除了網格結構130的線寬之外，圖4中示出的第二示例可以與參考圖1至圖3描述的第一示例相同。
如圖2和圖4所示，在圖像感測器中，根據像素陣列1100中的位置針對多個單元像素1000的相應CRA而傾斜的網格結構130的線寬可以根據它們在像素陣列1100中的位置而不同。
如圖3的第一示例所示，網格結構130可以具有相同的平面形狀和線寬，而不管像素陣列1100中的位置如何。根據第一示例，由網格結構130提供的光接收區可以相等，而不管像素陣列1100的位置如何。
如圖4的第二示例所示，雖然網格結構130不管像素陣列1100中的位置如何而可以具有相同的平面形狀，但是網格結構130的線寬可以隨著單元像素1000的位置從像素陣列1100的中心到像素陣列1100的邊緣變得更遠而變窄。因此，由網格結構130提供的光接收區可以隨著單元像素1000的位置變得離像素陣列1100的中心更遠而變得更大。因為由網格結構130提供的光接收區在像素陣列1100的邊緣最大，因此能夠進一步減小單元像素1000之間的入射光的量的差異。因此，能夠更有效地改善明暗度變化。
而且，根據像素的類型，由網格結構130提供的光接收區可以彼此不同。例如，綠色像素的光接收區可以最大，而紅色像素的光接收區可以最小。根據整個像素陣列1100或像素陣列1100的部分中的像素的類型，由網 格結構130提供的光接收區可以不同。根據濾色器的不同的光接收區和材料的不同折射率可以防止短波長光(即，針對藍色像素)的損失以及長波長光(即，針對紅色像素)的串因。
圖5是圖2中示出的像素陣列的剖面圖的第三示例。圖5示出了三個單元像素，其每個剖面圖沿著圖2中示出的線A-A’、B-B’和C-C’截取。圖5中示出的箭頭指示入射光的路徑。
如圖2和圖5所示，圖像感測器可以包括：基底200，包括分別針對多個單元像素1000而形成的光電轉換元件210；光傳輸構件220，形成在基底200上；網格結構230，形成在光傳輸構件220中，並且具有在其中層疊有多個網格層231至234的多層結構；濾色器層250，形成在光傳輸構件220上；以及光收集構件260，形成在濾色器層250上。網格結構230可以形成在多個單元像素1000之中，並且可以根據像素陣列1100中的位置針對多個單元像素1000的相應CRA而傾斜。此外，網格結構230的層的數目可以隨著單元像素1000的位置從像素陣列1100的中心到像素陣列1100的邊緣變得更遠而增加。
基底200可以包括半導體基底。半導體基底可以具有單晶狀態，並且包括含矽材料。即，基底200可以包括單晶含矽材料。
光電轉換元件210可以包括光電二極體。例如，形成在基底200中的光電轉換元件210可以包括彼此垂直重疊的多個光電轉換層(圖未示)，其中，多個光電轉換層中的每個光電轉換層可以是包括N型雜質區和P型雜質區的光電二極體。
形成在基底200上的光傳輸構件220可以提供用於網格結構230的空間。針對具有多層的網格結構230，光傳輸構件220可以具有類似於網格結 構230的多層結構，並且包括絕緣材料。例如，如附圖所示，光傳輸構件220可以透過將第一絕緣層221至第四絕緣層224層疊在基底200上而形成。第一絕緣層221至第四絕緣層224可以基本上相同。因此，第一絕緣層221至第四絕緣層224可以具有基本上相同的折射率。第一絕緣層221至第四絕緣層224可以具有不同的折射率。在這種情況下，朝向光電轉換元件210，第一絕緣層221至第四絕緣層224的折射率可以更大，以防止光損失並增大光收集效率。詳細地，第四絕緣層224可以具有最低折射率，第一絕緣層221可以具有最高折射率。當第一絕緣層221至第三絕緣層223具有基本上相同的折射率且第四絕緣層224具有最低折射率時，第一絕緣層221至第四絕緣層224之中的折射率的變化可以是非線性的。
網格結構230可以位於多個單元像素1000之中，以基本上防止從光收集構件260傳播到光電轉換元件210的入射光的損失。另外，網格結構230可以位於多個單元像素1000之中，以基本上防止相鄰單元像素1000之間的串因。
此外，為了改善明暗度變化，網格結構230可以具有在其中層疊有多個網格層231至234的多層結構。例如，網格結構230可以包括分別形成在第一絕緣層221至第四絕緣層224中的第一網格層231至第四網格層234。第一網格層231至第四網格層234可以具有基本上相同的平面形狀和線寬，而不管像素陣列1100中的位置如何。即，由網格結構230提供的光接收區可以基本上相等，而不管像素陣列1100中的位置如何。此外，第一網格層231至第四網格層234可以具有基本上相同的平面形狀和線寬，而不管顏色的類型如何。即，由網格結構230提供的光接收區可以基本上相等，而不管像素的類型如何。 第一網格層231至第四網格層234的平面形狀可以與多個單元像素1000的相應的平面形狀基本上相同。
此外，為了改善明暗度變化，網格結構230可以根據像素陣列1100中的位置針對多個單元像素1000的相應CRA而傾斜。根據傾斜的形狀，網格結構230的側壁可以以與多個單元像素1000的相應CRA相對應的斜度傾斜。詳細地，位於像素陣列1100的中心處的單元像素1000的網格結構230可以具有垂直的側壁，因為入射光是垂直的。由於朝向像素陣列1100的邊緣，入射光變得更傾斜且因此入射角變得更大，因此隨著單元像素1000的位置從像素陣列1100的中心到像素陣列1100的邊緣變得更遠，單元像素1000的網格結構230的側壁可以變得更斜或更傾斜。在這種情況下，由於CRA從像素陣列1100的中心到像素陣列1100的邊緣逐漸增大，因此網格結構230的側壁的斜度可以與CRA相對應地逐漸增大。
在根據像素陣列1100中的位置針對多個單元像素1000的相應CRA而傾斜的網格結構230的多個網格層231至234之中，隨著單元像素1000的位置變得離像素陣列1100的中心更遠，下網格層可以被設置成比上網格層更靠近像素陣列1100的邊緣。位於像素陣列1100的中心處的單元像素1000的網格結構230可以具有垂直層疊的網格層231至234。位於像素陣列1100的邊緣處的單元像素1000的網格結構230可以具有最斜或最傾斜的網格層231至234，使得下網格層被設置成比上網格層更靠近像素陣列1100的邊緣。隨著單元像素1000的位置變得離像素陣列1100的中心更遠，下網格層與上網格層之間的設置的差異可以逐漸增大，因此單元像素1000的網格結構230的多個網格層231至234的斜或傾斜的量可以變得更大。
此外，為了更有效地改善明暗度變化，網格結構230的層的數目可以隨著單元像素1000的位置變得離像素陣列1100的中心更遠而增加。例如，位於像素陣列1100的中心處的網格結構230可以具有第一網格層231和第二網格層232，而位於像素陣列1100的邊緣處的網格結構230可以具有第一網格層231至第四網格層234。網格結構230的層的數目的增加可以是非線性的。
此外，網格結構230的形狀可以取決於像素陣列1100中的多個單元像素1000的平面形狀和佈置。例如，當多個單元像素1000每個單元像素都具有矩形平面形狀並且以矩陣結構佈置時，與多個單元像素1000相對應的網格結構230也可以具有矩形平面形狀並且可以以網狀結構佈置。例如，當多個單元像素1000每個單元像素都具有圓形平面形狀並且以蜂窩結構佈置時，與多個單元像素1000相對應的網格結構230也可以具有圓形平面形狀並且可以以蜂窩結構佈置。
此外，網格結構230可以包括金屬材料。例如，網格結構230可以具有鎢。由於網格結構230包括金屬材料，因此能夠有效地防止相鄰單元像素1000之間的串因。
濾色器層250可以包括多個濾色器。例如，濾色器層250可以包括從包括紅色濾色器、綠色濾色器、藍色濾色器、青色濾色器、黃色濾色器、品紅色濾色器、黑色濾色器和白色濾色器的組中選擇的三種或更多種濾色器。詳細地，在濾色器層250中，紅色濾色器R、綠色濾色器G和藍色濾色器B可以以貝爾圖案佈置。濾色器層250中的多個濾色器的相應邊緣可以與網格結構230重疊。更詳細地，在網格結構230中，最上網格層(例如，第四網格層234)可以與濾色器的邊緣重疊。光收集構件260可以包括半球微透鏡。
根據本發明的實施例，圖像感測器可以包括網格結構230，網格結構230根據像素陣列1100中的位置針對多個單元像素1000的相應CRA而傾斜，從而改善明暗度變化。此外，網格結構230根據像素陣列1100中的位置而具有不同數目的層，並且能夠更有效地改善明暗度變化。隨著明暗度變化被改善，能夠提高位於像素陣列1100的邊緣處的單元像素1000的量子效率。網格結構230可以增加位於像素陣列1100的邊緣處的單元像素1000中的入射光的量。此外，包括金屬材料的網格結構230可以防止相鄰單元像素1000之間的串因。
圖6是圖2中示出的像素陣列1100的剖面圖的第四示例。圖6示出了三個單元像素，其每個剖面圖沿著圖2中示出的線A-A’、B-B’和C-C’截取。除了網格結構230的線寬之外，圖6中示出的第四示例可以與參考圖1、圖2和圖5描述的第三示例相同。
如圖2和圖6所示，在圖像感測器中，根據像素陣列1100中的位置針對多個單元像素1000的相應CRA而傾斜的網格結構230的線寬可以根據像素陣列1100中的位置而不同。
如圖5的第三示例所示，網格結構230可以具有相同的平面形狀和線寬，而不管像素陣列1100中的位置如何。根據第三示例，由網格結構230提供的光接收區可以相等，而不管像素陣列1100中的位置如何。
如圖6的第四示例所示，網格結構230不管像素陣列1100中的位置如何而可以具有相同的平面形狀，但是網格結構230的線寬可以隨著單元像素1000的位置變得離像素陣列1100的中心更遠而變得更窄。因此，由網格結構230提供的光接收區可以隨著單元像素1000的位置變得離像素陣列1100 的中心更遠而變得更大。因為由網格結構230提供的光接收區在像素陣列1100的邊緣最大，因此能夠進一步減小單元像素1000之間的入射光的量的差異。因此，能夠更有效地改善明暗度變化。
而且，根據像素的類型，由網格結構230提供的光接收區可以不同。例如，綠色像素的光接收區可以最大，而紅色像素的光接收區可以最小。根據整個像素陣列1100或像素陣列1100的部分中的像素的類型，由網格結構230提供的光接收區可以不同。根據濾色器的不同的光接收區和材料的不同折射率可以防止短波長光(即，針對藍色像素)的損失以及長波長光(即，針對紅色像素)的串因。在根據前述第一實施例和第二實施例以及其變型示例的圖像感測器中，已經例示其中網格結構130和230被傾斜以對應於多個單元像素1000的相應CRA的情況。然而，網格結構130和230也可以形成為具有垂直側壁，而不管像素陣列1100中的位置如何。即，形成在像素陣列1100的中心和邊緣處的網格結構130和230也可以具有基本上相同的形狀。然而，在這種情況下，透過具有垂直側壁的網格結構130和230可以阻擋入射光，並透過位在像素陣列1100的邊緣處的光收集構件150和260來收集通過光收集構件150和260的入射光。即，明暗度變化也可以透過網格結構130和230來增加。
為了改善由位於光收集構件150和260與光電轉換元件110和210之間的網格結構130和230引起的副效應，網格結構130和230也可以形成在光收集構件150和260之間。然而，在這種情況下，由於在入射光經由光收集構件150和260被收集之前定位網格結構130和230，因此其缺點在於入射光可能損失並且不能處理在入射光通過光收集構件150和260之後產生的問題。
結果，根據前述實施例的圖像感測器包括位於光收集構件150 和260與光電轉換元件110和210之間的網格結構130和230，網格結構130和230被傾斜以根據像素陣列1100中的位置對應於多個單元像素1000的相應CRA，使得能夠有效地改善明暗度變化。
根據前述實施例的圖像感測器可以在各種電子設備或系統中使用。在下文中，參考圖7，將描述根據本發明的實施例的圖像感測器應用到相機的情況作為示例。
圖7是示出根據本發明的實施例的具有圖像感測器的電子設備的圖。
參照圖7，根據實施例的具有圖像感測器的電子設備可以包括能夠捕獲靜態圖像或動態圖像的相機。電子設備可以包括光學系統310(或光學透鏡)、快門單元311、控制並驅動圖像感測器300和快門單元311的驅動單元313以及訊號處理單元312。
光學系統310將圖像光(入射光)從物體引導至圖像感測器300的像素陣列(參考圖1和圖2的元件符號‘1000’)。光學系統310可以包括多個光學透鏡。快門單元311控制針對圖像感測器300的光輻射時段和阻擋時段。驅動單元313控制圖像感測器300的傳輸操作和快門單元311的快門操作。訊號處理單元312對從圖像感測器300輸出的訊號執行各種類型的訊號處理。經受訊號處理的圖像訊號Dout被儲存在儲存介質(諸如記憶體)中，或被輸出到監控器等。
雖然出於說明的目的，本發明已經描述了各種實施例，但明顯的是，在不脫離所附申請專利範圍限定之本發明之精神和範圍的情況下，本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以做出各種改變和修改。
100‧‧‧基底
110‧‧‧光電轉換元件
120‧‧‧光傳輸構件
121‧‧‧第一絕緣層
122‧‧‧第二絕緣層
123‧‧‧第三絕緣層
124‧‧‧第四絕緣層
130‧‧‧網格結構
131‧‧‧第一網格層
132‧‧‧第二網格層
133‧‧‧第三網格層
134‧‧‧第四網格層
140‧‧‧濾色器層
150‧‧‧光收集構件
R、G、B‧‧‧紅色濾色器、綠色濾色器、藍色濾色器

Claims (20)

  1. 一種圖像感測器，包括：基底，包括用於多個單元像素的光電轉換元件，多個單元像素被二維地佈置成像素陣列；光傳輸構件，位於基底上；網格結構，位於光傳輸構件中並具有多個層；以及光收集構件，位於光傳輸構件上，其中，網格結構根據在像素陣列中的位置針對單元像素的相應的主光線角而傾斜。
  2. 如請求項1所述的圖像感測器，還包括：濾色器層，位於光傳輸構件與光收集構件之間並包括多個濾色器，其中，多個濾色器的相應邊緣與網格結構的最上層重疊。
  3. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，光傳輸構件具有與網格結構的多個層相對應的多個層。
  4. 如請求項3所述的圖像感測器，其中，光傳輸構件的多個層中的每個層包括絕緣材料，以及光傳輸構件的多個層的折射率相同。
  5. 如請求項3所述的圖像感測器，其中，光傳輸構件的多個層中的每個層包括絕緣材料，以及具有不同折射率的光傳輸構件的多個層被層疊，使得多個層中的每個層朝著光電轉換構件具有更大的折射率。
  6. 如請求項1所述的圖像感測器，其中， 位於像素陣列的中心處的網格結構具有垂直側壁，以及網格結構的側壁的傾斜量隨著單元像素的位置距離像素陣列的中心更遠而變得更大。
  7. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，網格結構位於單元像素之間。
  8. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，網格結構的多個層的數目隨著單元像素的位置距離像素陣列的中心更遠而增加。
  9. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，網格結構的線寬隨著單元像素的位置距離像素陣列的中心更遠而減小。
  10. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，網格結構包括金屬材料。
  11. 如請求項1所述的圖像感測器，其中，網格結構的平面形狀與單元像素的相應的平面形狀相同。
  12. 一種圖像感測器，包括：基底，包括用於多個單元像素的光電轉換元件，多個單元像素以像素陣列二維地佈置；光傳輸構件，位於基底上；網格結構，位於光傳輸構件中並具有多個網格層；以及光收集構件，位於光傳輸構件上，其中，隨著單元像素距離像素陣列的中心更遠，下網格層變得比上網格層更靠近像素陣列的邊緣。
  13. 如請求項12所述的圖像感測器，還包括：濾色器層，位於光傳輸構件與光收集構件之間並包括多個濾色器，其中，濾色器的相應的邊緣與網格結構的最上層重疊。
  14. 如請求項12所述的圖像感測器，其中，位於像素陣列的中心處的網格結構具有垂直側壁，以及網格結構的側壁的傾斜量隨著單元像素距離像素陣列的中心更遠而變得更大。
  15. 如請求項12所述的圖像感測器，其中，網格結構位於單元像素之間。
  16. 如請求項12所述的圖像感測器，其中，網格結構的多個層的數目隨著單元像素距離像素陣列的中心更遠而增加。
  17. 如請求項12所述的圖像感測器，其中，網格結構的線寬隨著單元像素距離像素陣列的中心更遠而減小。
  18. 如請求項12所述的圖像感測器，其中，網格結構包括金屬材料。
  19. 一種電子設備，包括：光學系統；圖像感測器，適用於接收來自光學系統的光；以及訊號處理單元，適用於對從圖像感測器輸出的訊號執行訊號處理操作，其中，圖像感測器包括：基底，包括用於多個單元像素的光電轉換元件，多個單元像素二維地佈置成像素陣列；光傳輸構件，位於基底上；網格結構，位於光傳輸構件中並具有多個網格層；以及光收集構件，位於光傳輸構件上，其中，網格構件根據多個單元像素位於像素陣列中的位置針對單元像素的相應主光線角而傾斜。
  20. 如請求項19所述的電子設備，其中，隨著多個單元像素的位置從像素陣列的中心到像素陣列的邊緣變得更遠，在多個網格層之中，下網格層被設置為比上網格層更靠近像素陣列的邊緣。
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