TWI581415B - 虛擬高動態範圍大小像素影像感測器 - Google Patents
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Description
本發明大體上係關於成像，且更具體言之，本發明係關於高動態範圍影像感測器。
影像感測器已變得無處不在。影像感測器廣泛用於數位靜態相機、蜂巢式電話、保全攝影機以及醫療、汽車及其它應用中。用於製造影像感測器(諸如(例如)互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器(CIS))之技術繼續大幅進步。例如，對更高解析度及更低電力消耗之需求已促使此等影像感測器之進一步小型化及整合。
高動態範圍(HDR)影像感測器已用於諸多應用。一般言之，普通影像感測器(包含例如電荷耦合裝置(CCD)及CMOS影像感測器)具有約70dB動態範圍之一動態範圍。相比之下，人眼具有高達約100dB之一動態範圍。存在其中具有一增加之動態範圍之一影像感測器係有益之多種情形。例如，為處置不同駕駛條件(諸如，自一黑暗穿隧駛向光明陽光下)，在汽車行業中需要具有100dB以上之動態範圍之一動態範圍之影像感測器。實際上，諸多應用可能需要具有至少90dB之動態範圍或更大動態範圍之影像感測器以適應自低光條件至亮光條件變化之一廣泛範圍之照明情況。
使用具有大光電二極體及小光電二極體之雙像素之現代高動態
範圍影像感測器之挑戰之一係為提供為製造大光電二極體及小光電二極體所需之不同半導體程序條件所涉及之程序複雜性。此外，存在與大光電二極體及小光電二極體相關聯之非對稱暈光(blooming)、串擾及雜訊，此導致不平衡之高動態範圍成像。此外，小光電二極體與大光電二極體相比具有有限之電荷滿載量，此限制了高光動態範圍之擴展。
100‧‧‧虛擬HDR大小像素影像感測系統
102‧‧‧像素陣列
104‧‧‧讀出電路
106‧‧‧功能邏輯
108‧‧‧控制電路
110‧‧‧虛擬大小像素
112‧‧‧讀出行
210‧‧‧虛擬大小像素/像素
212‧‧‧讀出列
214‧‧‧虛擬大光電二極體PDL
216‧‧‧虛擬小光電二極體PDS
218‧‧‧轉移電晶體T1L
220‧‧‧轉移電晶體T1S
222‧‧‧重設電晶體
224‧‧‧放大器電晶體T3
226‧‧‧列選擇電晶體T4
228‧‧‧浮動汲極FD
230‧‧‧遮罩
232‧‧‧小開口
234‧‧‧入射光
302‧‧‧像素陣列
314‧‧‧虛擬大光電二極體PDL
316A‧‧‧虛擬小光電二極體PDS
316B‧‧‧虛擬小光電二極體PDS
330A‧‧‧遮罩
330B‧‧‧遮罩
332A‧‧‧開口
332B‧‧‧開口
334‧‧‧入射光
336‧‧‧半導體材料
338‧‧‧淺溝渠隔離結構
340‧‧‧氧化物層
342‧‧‧彩色濾光器
344A‧‧‧微透鏡
344B‧‧‧微透鏡
346‧‧‧微透鏡
348‧‧‧半導體材料之背側
350‧‧‧半導體材料之前側
402‧‧‧像素陣列
430‧‧‧遮罩
432‧‧‧開口
440‧‧‧彩色濾光器陣列
RST‧‧‧重設信號
SEL‧‧‧控制信號
STI‧‧‧淺溝渠隔離
TXL‧‧‧控制信號
TXS‧‧‧控制信號
參考以下圖式描述本發明之非限制性及非窮舉性實施例，其中相似元件符號指代貫穿各視圖之相似部分，除非另外指定。
圖1係繪示根據本發明之教示之包含一實例性虛擬高動態範圍大小像素影像感測器之一成像系統之一個實例之一圖式。
圖2係繪示根據本發明之教示之包含一實例性虛擬高動態範圍大小像素之一影像感測器之HDR像素電路之一個實例之一示意圖。
圖3繪示根據本發明之教示之一實例性虛擬高動態範圍大小像素影像感測器之一部分之一截面圖。
圖4A繪示根據本發明之教示之一實例性虛擬高動態範圍大小像素影像感測器之一部分之一俯視圖。
圖4B繪示根據本發明之教示之配置於一部分上之一實例性彩色濾光器陣列之一俯視圖，其展示一實例性虛擬高動態範圍大小像素影像感測器。
對應參考字元指示貫穿圖式之若干視圖之對應組件。熟習此項技術者將瞭解，圖中之元件係出於簡化及清楚目之而繪示且未必係按比例繪製。例如，圖中之元件中之一些元件之尺寸可能相對於其他元件被誇大以幫助改良對本發明之各種實施例之理解。此外，通常未描繪在一商業可行實施例中有用或有必要之常見而容易理解之元件，以促進更容易地查看本發明之此等各種實施例。
在以下描述中，陳述眾多特定細節以提供對本發明之一徹底理解。然而，熟習此項技術者將明白，不需要採用該特定細節實踐本發明。在其他情況下，尚未詳細描述熟知之材料或方法以避免混淆本發明。
貫穿本說明書對「一個實施例」、「一實施例」、「一個實例」或「一實例」之提及意謂結合該實施例或實例所描述之一特定特徵、結構或特性係包含於本發明之至少一個實施例中。因此，短語「在一個實例中」、「在一實施例中」、「一個實例」或「一實例」在貫穿本說明書之各處之出現未必皆係指同一實施例或實例。此外，在一或多個實施例或實例中，特定特徵、結構或特性可被組合於任何合適之組合及/或子組合中。特定特徵、結構或特性可被包含於一積體電路、一電子電路、一組合邏輯電路或提供所描述之功能性的其他合適組件中。此外，應瞭解，本文提供之圖式係出於向熟習此項技術者解釋之目的，且圖式未必係按比例繪製。
根據本發明之教示之實例描述一種虛擬高動態範圍(HDR)大小像素影像感測器，其中複數個光電二極體經配置成包含虛擬大對稱像素及虛擬小對稱像素之虛擬大小像素群組(例如，對)，該等虛擬大對稱像素及虛擬小對稱像素具有經相同地設定大小且係以相同半導體處理條件製造之光電二極體。在大小像素群組之光電二極體具有相同大小的情況下，處理經簡化，此係因為當製造光電二極體時可使用相同半導體製造程序條件。此外，可在虛擬大光電二極體及虛擬小光電二極體之間實現幾何對稱性，此可導致較少製造程序步驟，及增加之電性能與光學性能的對稱性，此因此提供關於暈光、串擾、光回應不均勻性(PRNU)及類似者的改良性能。此外，虛擬小光電二極體具有基本上等於虛擬大光電二極體之電荷滿載量之一電荷滿載量，此為虛擬小
光電二極體提供改良的高光動態範圍。
為繪示，圖1係大體上展示根據本發明之教示之一虛擬HDR大小像素影像感測系統100之一個實例之一圖式，虛擬HDR大小像素影像感測系統100包含具有實例性像素陣列102之一影像感測器，像素陣列102帶有虛擬大小像素110。在一個實例中，根據本發明之教示，虛擬大小像素110可包含至少包含一虛擬大光電二極體及一虛擬小光電二極體的像素，該虛擬大光電二極體及虛擬小光電二極體具有對稱像素，該等對稱像素具有相同大小之光電二極體，該等相同大小之光電二極體係以相同半導體程序條件製造，但具有不同之光靈敏度。如所描繪之實例中展示，虛擬HDR大小像素影像感測系統100包含經耦合至控制電路108之像素陣列102及經耦合至功能邏輯106之讀出電路104。
在一個實例中，像素陣列102係成像感測器或虛擬大小像素110(例如，像素P1、P2、......、Pn)之一二維(2D)陣列。在一個實例中，各虛擬大小像素110係至少包含一虛擬大光電二極體及一虛擬小光電二極體之一CMOS成像像素。如所繪示，將各虛擬大小像素110配置成一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)以擷取一個人、地點、物件等等之影像資料，接著，該影像資料可用於呈現該個人、地點、物件等等之一影像。
在一個實例中，於各虛擬大小像素110已擷取其影像資料或影像電荷之後，該影像資料係由讀出電路104透過讀出行112讀出，且接著被轉移至功能邏輯106。在各種實例中，讀出電路104可包含放大電路、類比轉數位(ADC)轉換電路或其他電路。功能邏輯106可僅儲存影像資料，或甚至藉由應用後影像效果(例如，裁剪、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或以其他方式)來操縱影像資料。在一個實例中，讀出電路104可沿讀出行線一次讀出一列影像資料(圖中已繪
示)，或可使用多種其他技術來讀出影像資料(圖中未繪示)，諸如，串行讀出或同時完全平行讀出全部像素。
在一個實例中，控制電路108經耦合至像素陣列102以控制像素陣列102之操作特性。例如，控制電路108可產生用於控制影像擷取之一快門信號。在一個實例中，該快門信號係一全域快門信號，用於同時使像素陣列102內之全部像素能夠在一單一擷取視窗期間同時擷取其等各自影像資料。在另一實例中，該快門信號係一滾動快門信號，使得像素之各列、各行或各群組在連續擷取窗口期間被循序地啟用。
圖2係繪示根據本發明之教示之一虛擬大小像素210之一個實例之一示意圖。在一個實例中，應瞭解，虛擬大小像素110可係包含於具有上文在圖1中所繪示之虛擬HDR大小像素影像感測系統100之實例性像素陣列102之一影像感測器中之複數個虛擬大小像素110中之一者。應瞭解，虛擬大小像素210係出於解釋目之而提供且因此僅表示用於實施圖1之像素陣列102內之各像素之一個可能架構，且根據本發明之教示之實例不限於特定像素架構。實際上，受益於本發明之熟習此項技術者將理解，本教示可適用於3T設計、4T設計、5T設計以及根據本發明之教示之各種其他合適之像素架構。
如圖2中描繪之實例中所展示，虛擬大小像素210包含一虛擬大小像素群組，其包含一虛擬大像素(其包含耦合至一虛擬大光電二極體PDL 214之轉移電晶體T1L 218)及一虛擬小像素(其包含耦合至一虛擬小光電二極體PDS 216之一轉移電晶體T1S 220)，如所展示。在一個實例中，虛擬大光電二極體PDL 214及虛擬小光電二極體PDS 216具有經相同地設定大小且使用相同半導體處理條件對稱地製造之光電二極體。
然而，如將在下文更詳細論述，根據本發明之教示，虛擬小光電二極體PDS 216亦包含一遮罩230，其具有一小開口232，小開口232
沿著至虛擬小光電二極體PDS 216前方之虛擬小光電二極體PDS 216之入射光234之一光學路徑圖案化，而在虛擬大光電二極體PDL 214之前面不存在遮罩。根據本發明之教示，在遮罩230僅安置於虛擬小光電二極體PDS 216之前方之情況下，入射光234透過其被引導至虛擬小光電二極體PDS 216之遮罩230中之小開口232之大小控制虛擬小光電二極體PDS 216之光靈敏度。因為遮罩230僅安置於虛擬小光電二極體PDS 216之前方且不定位在虛擬大光電二極體PDL 214之前方，故虛擬小光電二極體PDS 216及虛擬大光電二極體PDL 214對入射光234具有不同靈敏度。根據本發明之教示，藉由在虛擬大小像素210中使用虛擬小光電二極體PDS 216及虛擬大光電二極體PDL 214兩者，實現了HDR成像感測。
繼續圖2中描繪之實例，回應於到達虛擬小光電二極體PDS 216及虛擬大光電二極體PDL 214之入射光234，在虛擬小光電二極體PDS 216及虛擬大光電二極體PDL 214中光生電荷。經累積於虛擬大光電二極體PDL 214中的電荷回應於一控制信號TXL而透過轉移電晶體T1L 218被轉移至浮動汲極FD 228，且經累積於虛擬小光電二極體PDS 216中的電荷回應於一控制信號TXS而透過轉移電晶體T1S 220被轉移至浮動汲極FD 228。
如實例中所展示，虛擬大小像素210亦包含一放大器電晶體T3 224，放大器電晶體T3 224具有經耦合至浮動汲極FD 228之一閘極端子。因此，在所繪示之實例中，來自虛擬大光電二極體PDL 214及虛擬小光電二極體PDS 216之電荷被單獨轉移至浮動汲極FD 228，浮動汲極FD 228經耦合至放大器電晶體T3 224。在一個實例中，放大器電晶體T3 224如所展示以一源極跟隨器組態耦合，其因此將放大器電晶體T3 224之閘極端子處之一輸入信號放大至放大器電晶體T3 224之源極端子處之一輸出信號。如所展示，列選擇電晶體T4 226經耦合至放
大器電晶體T3 224之源極端子，以回應於一控制信號SEL將放大器電晶體T3 224之輸出選擇性地切換至讀出行212。如實例中所展示，虛擬大小像素210亦包含經耦合至浮動汲極FD 228、虛擬大光電二極體PDL 214及虛擬小光電二極體PDS 216之重設電晶體222，重設電晶體222可用於回應於一重設信號RST而重設經累積於像素210中之電荷。在一個實例中，根據本發明之教示，於虛擬大光電二極體PDL 214及虛擬小光電二極體PDS 216中累積電荷以擷取一新HDR影像之前，可在虛擬大小像素210之一初始化週期期間或(例如)每當在電荷資訊已自虛擬大小像素210讀出之後，重設經累積於浮動汲極FD 228、虛擬大光電二極體PDL 214及虛擬小光電二極體PDS 216中之電荷。
圖3繪示根據本發明之教示之一實例性像素陣列302之一部分之一截面圖，實例性像素陣列302係包含於一實例性虛擬HDR大小像素影像感測系統之一影像感測器中。應瞭解，圖3中繪示之實例性像素陣列302之部分可係圖1中展示之虛擬HDR大小像素影像感測系統100之像素陣列102之一實施方案之一部分的一個實例(其包含(例如)圖2中展示之虛擬大光電二極體PDL 214及虛擬小光電二極體PDS 216)，且下文提及之類似命名及編號的元件係類似於上文描述般耦合及起作用。
如所描繪之截面中展示，像素陣列302包含經安置於半導體材料336中之複數個光電二極體。在一個實例中，半導體材料可包含矽或另一合適之半導體材料。在所描繪之實例中，複數個光電二極體包含經安置於半導體材料336中之虛擬小光電二極體PDS 316A、虛擬大光電二極體PDL 314，及虛擬小光電二極體PDS 316B。在一個實例中，虛擬小光電二極體PDS 316A、虛擬大光電二極體PDL 314及虛擬小光電二極體PDS 316B經安置成接近於半導體材料336之一前側350。在實例中，虛擬小光電二極體PDS 316A、虛擬大光電二極體PDL 314及虛
擬小光電二極體PDS 316B之各者共用相同製程條件、相同大小、相同電荷滿載量及設計對稱性。在一個實例中，複數個光電二極體之各者在半導體材料336中係由淺溝渠隔離(STI)結構338分隔。
如所描繪之實例中所展示，使用被引導透過半導體材料336之一背側348之入射光334來照明複數個光電二極體中之各者，如所展示。在所描繪之實例中，一氧化物層340係安置於半導體材料336之背側348上方，其中一彩色濾光器陣列342經安置於氧化物層340上方，且一微透鏡陣列經安置在彩色濾光器陣列342上方。在一個實例中，彩色濾光器陣列包含彩色濾光器之一馬賽克(mosaic)，其中各者係如所展示般安置於像素陣列302之一各自光電二極體上方，以擷取彩色資訊。類似地，微透鏡陣列包含複數個微透鏡，其中各者係如所展示般安置在像素陣列302之一各自光電二極體上方，以將入射光334引導至像素陣列302之一各自光電二極體。
因此，如所描繪之實例中所展示，入射光334被引導透過微透鏡陣列之一微透鏡344A、彩色濾光器陣列342之一各自彩色濾光器、氧化物層340、半導體材料336之背側348而到達虛擬小光電二極體PDS 316A。類似地，入射光334被引導透過微透鏡陣列之一微透鏡346、彩色濾光器陣列342之一各自彩色濾光器、氧化物層340、半導體材料336之背側348而到達虛擬大光電二極體PDL 314。類似地，入射光334被引導透過微透鏡陣列之一微透鏡344B、彩色濾光器陣列342之一各自彩色濾光器、氧化物層340、半導體材料336之背側348而到達虛擬小光電二極體PDS 316B。
在一個實例中，像素陣列302亦包含一遮罩，該遮罩沿著至半導體材料336中之各自光電二極體之入射光334之一光學路徑在半導體材料336之背側348上方圖案化。在實例中，遮罩在複數個微透鏡與半導體材料336中之複數個光電二極體之間安置於半導體材料336上。在實
例中，如所展示，遮罩覆蓋有氧化物層340，且經圖案化使得遮罩僅安置於虛擬小光電二極體上方，且未安置在虛擬大光電二極體之任何者上方。在實例中，根據本發明之教示，遮罩經進一步圖案化使得安置於一虛擬小光電二極體上方之遮罩界定一開口，入射光之僅一部分經容許透過該開口到達下伏虛擬小光電二極體，而入射光之一部分被遮罩遮蔽(例如，阻擋、阻礙、阻止等等)而無法到達下伏虛擬小光電二極體。
為繪示，圖3中描繪之實例繪示安置於虛擬小光電二極體PDS 316A上方之半導體材料336之背側348上方之遮罩330A，及安置於虛擬小光電二極體PDS 316B上方之半導體材料336之背側348上方之遮罩330B。如實例中所展示，沒有遮罩安置於虛擬大光電二極體PDL 314上方。在實例中，遮罩330A包含一開口332A，被引導通過微透鏡344A之入射光334之一部分被容許透過開口332A到達下伏虛擬小光電二極體PDS 316A。然而，被引導透過微透鏡344A之入射光334之一部分被遮罩330A阻擋而無法到達下伏虛擬小光電二極體PDS 316A，如所展示。類似地，遮罩330B包含一開口332B，被引導透過微透鏡344B之入射光334之一部分經容許通過開口332B到達虛擬小光電二極體PDS 316B。然而，被引導透過微透鏡344B之入射光334之一部分被遮罩330B阻擋而無法到達下伏虛擬小光電二極體PDS 316B，如所展示。因為在虛擬大光電二極體PDL 314上方不存在遮罩，故被引導透過微透鏡346之入射光334之所有部分均不會被遮罩阻擋而無法到達下伏虛擬大光電二極體PDL 314，如所展示。
因此，根據本發明之教示，在入射光334之一部分被遮罩330A及330B阻擋而無法到達虛擬小光電二極體PDS 316A及PDS 316B且沒有入射光334被阻擋而無法到達虛擬大光電二極體PDL 314之情況下，應瞭解，虛擬小光電二極體PDS 316A及PDS 316B具有較低光靈敏度，
而虛擬大光電二極體PDL 314具有高光靈敏度。在一個實例中，半導體材料336之背側348上方之遮罩(例如，遮罩330A、遮罩330B)可係一金屬遮罩，其包含例如鋁、鎢或另一合適之遮罩材料。
在實例中，根據本發明之教示，可基於像素陣列302之所要靈敏度比率以及其他設計要求選擇開口(例如，開口332A、開口332B)之大小。例如，在一個實例中，各光電二極體(包含虛擬小光電二極體PDS 316A及PDS 316B以及虛擬大光電二極體PDL 314)可經設定大小在2x2μm至4x4μm左右，且各遮罩開口(包含開口332A及332B)可控制在0.7x0.7μm至1.5x1.5μm。應瞭解，遮罩開口大小足夠大以減小或最小化可見光波長之繞射效應。
圖4A繪示根據本發明之教示之包含於一實例性虛擬高動態範圍大小像素影像感測器中之一像素陣列402之一部分之一俯視圖。應注意，圖4中繪示之實例性像素陣列402之部分可係圖1中展示之虛擬HDR大小像素影像感測系統100之像素陣列102之一實施方案之一部分之一個實例(其包含例如圖2中所展示之虛擬大光電二極體PDL 214及虛擬小光電二極體PDS 216)之俯視圖或圖3之像素陣列302之實例性部分之一俯視圖，且下文提及之類似命名及編號之元件類似於上文描述那樣耦合及起作用。例如，應瞭解，圖3中繪示之截面實例性像素陣列302可係沿著圖4A之像素陣列402之虛線A-A'之一截面。
如圖4A中描繪之實例中所展示，像素陣列402包含複數個虛擬大小像素群組，其中各群組包含(例如)一虛擬小光電二極體PDS及虛擬大光電二極體PDL。虛擬小光電二極體PDS及虛擬大光電二極體PDL之各者經相同地設定大小且使用相同半導體處理條件對稱地製造。然而，存在安置在各虛擬小光電二極體PDS上方之一遮罩430，且不存在安置於虛擬大光電二極體PDL之任何者上方之遮罩430。因此，應瞭解，在所描繪之實例中，遮罩430之總數目與像素陣列402中之虛擬
大光電二極體及小光電二極體之組合總數目(例如，PDL+PDS)之比率係1：2。
此外，如所描繪之實例中所繪示，複數個遮罩430中之各者包含一開口432，開口432僅容許入射光之一部分到達各自下伏虛擬小光電二極體PDS。因而，與到達各虛擬大光電二極體PDL之入射光之量相比，較少之入射光到達各虛擬小光電二極體PDS。因此，根據本發明之教示，各光虛擬小光電二極體PDS具有低光靈敏度，而各虛擬大光電二極體PDL具有高光靈敏度。根據本發明之教示，入射光透過其被引導至虛擬小光電二極體PDS之各遮罩430中之開口432之大小控制虛擬小光電二極體PDS之光靈敏度。
此外，如所描繪之實例中所繪示，一虛擬大小像素群組中之各虛擬大光電二極體PDL及其對應虛擬小光電二極體PDS以像素陣列402之相鄰行及列配置於半導體材料中，如所展示。換言之，虛擬大小像素群組之各自虛擬大光電二極體PDL及其對應虛擬小光電二極體PDS彼此相鄰且沿著像素陣列402中之一對角線配置，如圖4A之實例中展示。
圖4B繪示像素陣列402之部分之一俯視圖，其展示配置在如圖4A中繪示之一實例性虛擬高動態範圍大小像素影像感測器之部分上方之實例性彩色濾光器陣列440。如實例中所展示，彩色濾光器陣列440包含彩色濾光器之一馬賽克，其中各者如所展示安置於像素陣列402之一各自光電二極體上方以擷取彩色資訊。在實例中，彩色濾光器陣列440包含紅色(R)、藍色(B)及綠色(G)彩色濾光器。應注意，圖4B中描繪之實例描繪一彩色濾光器陣列440，其中濾光器自身描繪為旋轉45度。然而，應注意，像素陣列402中之虛擬大光電二極體PDL及虛擬小光電二極體PDS之各對(例如，群組)在其上具有相同之彩色濾光器。
因此，如圖4B中描繪之實例中所展示，對於像素陣列402中具有一紅色(R)彩色濾光器之各虛擬大光電二極體PDL，彼對之對應相鄰虛擬小光電二極體PDS亦具有一紅色(R)彩色濾光器。對於像素陣列402中具有一綠色(G)彩色濾光器之各虛擬大光電二極體PDL，彼對之對應相鄰虛擬小光電二極體PDS亦具有一綠色(G)彩色濾光器。類似地，對於像素陣列402中具有一藍色(B)彩色濾光器之各虛擬大光電二極體PDL，彼對之對應相鄰虛擬小光電二極體PDS亦具有一藍色(B)彩色濾光器。
因此，不同於一習知拜耳(Bayer)彩色濾光器設計，在圖4B中繪示之實例性彩色濾光器陣列440展示始終存在偵測相同彩色之兩個相鄰光電二極體。此類型之彩色陣列之一個原因係促進像素「合併」，其中兩個相鄰光電二極體可被合併，從而使感測器自身對光更「敏感」。另一個原因係使感測器記錄兩個不同曝光，接著，該等兩個不同曝光被合併以產生具有更大動態範圍之一影像。在一個實例中，下伏電路具有自感測器之交替列取得其等之資訊之兩個讀出通道。結果係：其可充當針對感光單元之各半具有不同曝光時間之兩個交織感測器。可有意地使感光單元之一半曝光不足使得其完全擷取場景之較亮區域。根據本發明之教示，接著，此保持之強光資訊可與來自記錄一「全」曝光之感測器之另一半之輸出混合，從而再次利用經類似具彩色之光電二極體之緊密間隔。
本發明之所繪示實例之以上描述(包含摘要中描述之內容)並不希望為窮舉性或被限制為所揭示之精確形式。雖然出於繪示目之而在本文描述了本發明之特定實施例及實例，但在不脫離本發明之較廣精神及範疇之情況下，各種等效修改係可能的。
可依據以上詳細描述對本發明之實例做出此等修改。在所附申請專利範圍中使用之術語不應解釋為將本發明限制於說明書及申請專
利範圍中所揭示之特定實施例。實情係，該範疇完全由所附申請專利範圍確定，申請專利範圍將根據已確立之申請專利範圍闡釋學說來解釋。本說明書及圖式因此被認為是繪示性而非限制性的。
302‧‧‧像素陣列
314‧‧‧虛擬大光電二極體PDL
316A‧‧‧虛擬小光電二極體PDS
316B‧‧‧虛擬小光電二極體PDS
330A‧‧‧遮罩
330B‧‧‧遮罩
332A‧‧‧開口
332B‧‧‧開口
334‧‧‧入射光
336‧‧‧半導體材料
338‧‧‧淺溝渠隔離結構
340‧‧‧氧化物層
342‧‧‧彩色濾光器
344A‧‧‧微透鏡
344B‧‧‧微透鏡
346‧‧‧微透鏡
348‧‧‧半導體材料之背側
350‧‧‧半導體材料之前側
STI‧‧‧淺溝渠隔離
Claims (24)
- 一種影像感測器，其包括：複數個光電二極體，其經配置於半導體材料中，其中該複數個光電二極體經安置成接近該半導體材料之一前側，其中該複數個光電二極體之各者經相同地設定大小，且係以相同半導體處理條件製造於該半導體材料中，其中該複數個光電二極體組織成包含一第一光電二極體及一第二光電二極體之虛擬大小群組；一微透鏡陣列，其經安置於該半導體材料上方，其中該等微透鏡之各者係安置於該等光電二極體中之一各自一者上方，其中該微透鏡陣列之一第一微透鏡係安置於該第一光電二極體上方，且其中該微透鏡陣列之一第二微透鏡係安置於該第二光電二極體上方；以及一遮罩，其係沿著該等第一微透鏡與該第一光電二極體之間之一光學路徑安置於該半導體材料上方，其中該遮罩包含一開口，被引導透過該等第一微透鏡之入射光之一第一部分透過該開口被引導至該第一光電二極體，其中被引導透過該等第一微透鏡之該入射光之一第二部分被該遮罩阻擋而無法到達該第一光電二極體，其中沒有遮罩係沿著該等第二微透鏡與該第二光電二極體之間之一光學路徑安置於該半導體材料上方，其中該遮罩經安置成接近該半導體材料之一背側，且其中該入射光被引導透過該半導體材料之該背側而至該複數個光電二極體。
- 如請求項1之影像感測器，進一步包括一彩色濾光器陣列，該彩色濾光器陣列在該微透鏡陣列與該半導體材料中之該複數個光電二極體之間係安置於該半導體材料上方。
- 如請求項1之影像感測器，其中該遮罩係由一金屬組成。
- 如請求項3之影像感測器，進一步包括經安置於該半導體材料上方之一氧化物層，其中該遮罩在該半導體材料上方係安置於該氧化物層中。
- 如請求項1之影像感測器，其中該第一光電二極體係影像感測器之一高動態範圍像素之一低光靈敏度光電二極體，且其中該第二光電二極體係影像感測器之該高動態範圍像素之一高光靈敏度光電二極體。
- 如請求項5之影像感測器，其中該第一光電二極體之一電荷滿載量基本上等於該第二光電二極體之一電荷滿載量。
- 如請求項1之影像感測器，其中各虛擬大小群組之該第一光電二極體及該第二光電二極體係以一像素陣列之相鄰行及列配置於該半導體材料中。
- 如請求項7之影像感測器，其中各虛擬大小群組之該第一光電二極體及該第二光電二極體在一像素陣列之該半導體材料中相鄰。
- 如請求項8之影像感測器，進一步包括一彩色濾光器陣列，該彩色濾光器陣列在該微透鏡陣列與該半導體材料中之該複數個光電二極體之間係安置於該半導體材料上方，其中該彩色濾光器陣列包含複數個彩色濾光器，其中該等彩色濾光器中之各者係一第一彩色、一第二彩色或一第三彩色中之一者。
- 如請求項9之影像感測器，其中該等彩色濾光器之各者係紅色、綠色或藍色之一者。
- 如請求項9之影像感測器，其中該複數個彩色濾光器之一第一者係安置於該第一光電二極體上方，且該複數個彩色濾光器之一第二者係安置於該第二光電二極體上方，其中該等第一及第二 彩色濾光器皆係該第一彩色。
- 如請求項1之影像感測器，其中遮罩之一總數目與該像素陣列中之光電二極體之一組合總數目之比率係1：2。
- 一種成像系統，其包括：一像素陣列，其包含經配置於半導體材料中之複數個光電二極體，其中該複數個光電二極體經安置成接近該半導體材料之一前側，其中該複數個光電二極體之各者經相同地設定大小，且係以相同半導體處理條件製造於該半導體材料中，其中該複數個光電二極體經組織成包含一第一光電二極體及一第二光電二極體之虛擬大小群組；一微透鏡陣列，其經安置於該半導體材料上方，其中該等微透鏡之各者係安置於該等光電二極體之一各自一者上方，其中該微透鏡陣列之一第一微透鏡係安置於該第一光電二極體上方，且其中該微透鏡陣列之一第二微透鏡係安置於該第二光電二極體上方；一遮罩，其沿著該等第一微透鏡與該第一光電二極體之間之一光學路徑被安置於該半導體材料上方，其中該遮罩包含一開口，被引導透過該等第一微透鏡之入射光之一第一部分透過該開口被引導至該第一光電二極體，其中被引導透過該等第一微透鏡之該入射光之一第二部分被阻擋而無法到達該第一光電二極體，其中沒有遮罩係沿著該等第二微透鏡與該第二光電二極體之間之一光學路徑安置於該半導體材料上方，其中該遮罩經安置成接近該半導體材料之一背側，且其中該入射光被引導透過該半導體材料之該背側而至該複數個光電二極體；控制電路，其經耦合至該像素陣列以控制該像素陣列之操作；及 讀出電路，其經耦合至該像素陣列以自該像素陣列讀出影像資料。
- 如請求項13之成像系統，進一步包括功能邏輯，該功能邏輯經耦合至該讀出電路以儲存自該像素陣列讀出之該影像資料。
- 如請求項13之成像系統，進一步包括一彩色濾光器陣列，該彩色濾光器陣列在該微透鏡陣列與該半導體材料中之該複數個光電二極體之間係安置於該半導體材料上方。
- 如請求項13之成像系統，其中該遮罩係由一金屬組成。
- 如請求項16之成像系統，進一步包括經安置於該半導體材料上方之一氧化物層，其中該遮罩在半導體材料上方係安置於該氧化物層中。
- 如請求項13之成像系統，其中該第一光電二極體係影像感測器之一高動態範圍像素之一低光靈敏度光電二極體，且其中該第二光電二極體係影像感測器之該高動態範圍像素之一高光靈敏度光電二極體。
- 如請求項18之成像系統，其中該第一光電二極體之一電荷滿載量基本上等於該第二光電二極體之一電荷滿載量。
- 如請求項13之成像系統，其中各虛擬大小群組之該第一光電二極體及該第二光電二極體係以一像素陣列之相鄰行及列配置於該半導體材料中。
- 如請求項20之成像系統，其中各虛擬大小群組之該第一光電二極體及該第二光電二極體在一像素陣列之該半導體材料中相鄰。
- 如請求項21之成像系統，進一步包括一彩色濾光器陣列，該彩色濾光器陣列在該微透鏡陣列與該半導體材料中之該複數個光電二極體之間係安置於該半導體材料上方，其中該彩色濾光器 陣列包含複數個彩色濾光器，其中該等彩色濾光器之各者係一第一彩色、一第二彩色或一第三彩色之一者。
- 如請求項22之成像系統，其中該複數個彩色濾光器之一第一者係安置於該第一光電二極體上方，且該複數個彩色濾光器之一第二者係安置於該第二光電二極體上方，其中該等第一及第二彩色濾光器皆係一相同彩色。
- 如請求項13之成像系統，其中遮罩之一總數目與該像素陣列中之光電二極體之一組合總數目的比率係1：2。
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