TWI588981B - 影像感測器 - Google Patents

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TWI588981B
TWI588981B TW105111021A TW105111021A TWI588981B TW I588981 B TWI588981 B TW I588981B TW 105111021 A TW105111021 A TW 105111021A TW 105111021 A TW105111021 A TW 105111021A TW I588981 B TWI588981 B TW I588981B
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林宗澔
郭武政
林國峰
蕭玉焜
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采鈺科技股份有限公司
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Description

影像感測器
本發明主要關於一種影像感測器，尤指一種於濾光單元上具有柵格結構之影像感測器。
一般而言，數位相機利用了影像感測器來感測光線以及產生一影像訊號，且依據影像訊號產生數位相機所拍攝的畫面。
隨者數位相機的發展，對於影像訊號的品質具有越來越高的要求。使用了背照式(BSI,backside illumination)技術的影像感測器可具有光導管結構以引導光線照射至光電二極體。上述背照式影像感測器具有較高之光敏度以及影像品質。
雖然目前之影像感測器符合了其使用之目的，但尚未滿足許多其他方面的要求。因此，需要提供影像感測器的改進方案。
本揭露提供了一種影像感測器，改進了影像感測器所產生之影像訊號的品質。
本揭露提供了一種影像感測器，包括一感測層、多個濾光單元、以及一格狀結構。濾光單元設置於感測層上。柵格結構設置於濾光單元上，且包括多個柵格部。柵格部形成 多個柵格群，且每一柵格群相互分離。
於一些實施例中，每一柵格群包括至少25個柵格部。
於一些實施例中，影像感測器更包括一格狀結構，設置於感測層上，且環繞每一濾光單元。每一柵格群對齊於濾光單元中之一者。柵格結構包括設置於濾光單元上之一基底層，且柵格部設置於基底層上。
於一些實施例中，影像感測器更包括對齊於濾光單元之多個微透鏡。基底層設置於微透鏡上。
於一些實施例中，濾光單元包括一第一濾光單元，且柵格群包括設置於第一濾光單元上之一第一柵格群，其中第一濾光單元與第一柵格群包括相同之材質。
於一些實施例中，濾光單元包括一第二濾光單元，且柵格群更包括設置於第二濾光單元上之一第二柵格群，其中第二濾光單元與第二柵格群包括相同之材質。
於一些實施例中，第二濾光單元與第二柵格群之材質不同於第一濾光單元與第一柵格群之材質。
綜上所述，藉由影像感測器之柵格結構，漸少了呈現於影像感測器所產生之影像中之鬼影發生的機率，且降低了影像感測器之光交連，進而增進了影像感測器之影像品質。
1‧‧‧影像感測器
10‧‧‧感測層
11‧‧‧基材
111‧‧‧感測單元
12‧‧‧抗反射層
13‧‧‧介電層
14‧‧‧遮蔽元件
20、20a、20b、20c‧‧‧濾光單元
30‧‧‧微透鏡
40‧‧‧格狀結構
50‧‧‧柵格結構
51‧‧‧基底層
511‧‧‧柵格區域
512‧‧‧格狀區域
52、52a、52b、52c‧‧‧柵格部
521‧‧‧底部
522‧‧‧底部
523‧‧‧傾斜面
G1、G1a、G1b、G1c‧‧‧柵格群
H1‧‧‧高度
P1‧‧‧參考平面
W1‧‧‧不同的寬度
第1圖為根據本揭露之一些實施例中之一影像感測器的示意圖。
第2圖為根據本揭露之一些實施例中之一柵格結構的仰視圖。
第3圖為根據本揭露之一些實施例中之柵格結構的剖視圖。
第4圖為根據本揭露之一些實施例中之柵格結構之部分的仰視圖。
第5圖為根據本揭露之一些實施例中之一影像感測器的示意圖。
第6圖為為根據本揭露之一些實施例中之一影像感測器的示意圖。
以下之說明提供了許多不同的實施例、或是例子，用來實施本發明之不同特徵。以下特定例子所描述的元件和排列方式，僅用來精簡的表達本發明，其僅作為例子，而並非用以限制本發明。例如，第一特徵在一第二特徵上或上方的結構之描述包括了第一和第二特徵之間直接接觸，或是以另一特徵設置於第一和第二特徵之間，以致於第一和第二特徵並不是直接接觸。
再者，本說明書於不同的例子中沿用了相同的元件標號及/或文字。前述之沿用僅為了簡化以及明確，並不表示於不同的實施例以及設定之間必定有關聯。此外，圖式中之形狀、尺寸、以及厚度可能為了清楚說明之目的而未依照比例繪製或是被簡化，僅提供說明之用。
第1圖為根據本揭露之一些實施例中之一影像感 測器1的示意圖。第2圖為根據本揭露之一些實施例中之一柵格結構(grating structure)50的仰視圖。影像感測器1用以擷取一影像。影像感測器1可運用於例如數位相機等影像設備。於一些實施例中，影像感測器1為互補式金屬氧化物半導體(CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)感測器。於一些實施例中，影像感測器1為一前照式(FSI，Frontside illumination)、背照式(BSI，backside illumination)CMOS感測器、或是其他適合之感測器。
影像感測器1包括一感測層10、多個濾光單元20、多個微透鏡30、一格狀結構40、以及一柵格結構50。感測層10沿一參考平面P1延伸。感測層10用以偵測入射光以及根據照射於感測層10之光線產生一影像訊號。
感測層10可包括所有下列之元件，但只要能達到感測層10之使用目的，可不需要包括所有下列之元件。感測層10包括一基材11、一抗反射層12、一介電層13、以及一遮蔽元件14。於一些實施例中，感測層10更包括其他光學層(圖未示)。
感測層10更包括設置於基材11內之感測單元111。感測單元111排列於參考平面P1上之一感測陣列。於一些實施例中，感測單元111為光二極體(photodiode)。每一感測單元111用以感測光線且根據照射於其上之光線的強度產生強度訊號。上述影像訊號依據強度訊號而形成。
抗反射層12設置於基材11上，且平行於參考平面P1延伸。抗反射層12用以降低照射於感測單元111之光線的反射。於一些實施例中，抗反射層12平行於感測層10。抗反射層 12可為一高介電薄膜(high-k film)。
介電層13設置於抗反射層12上，且平行於參考平面P1延伸。於一些實施例中，介電層13為一低介電(low-k)介電層13。遮蔽元件14埋入介電層13內。遮蔽元件14用以阻擋光線以降低影像感測器1之交連效應(crosstalk effect)。
濾光單元20設置於感測層10之介電層13上。濾光單元20排列於平行於參考平面P1之一平面上之一濾光陣列。每一濾光單元20設置於感測單元111中之一者之上。
每一濾光單元20可允許於一預定範圍內之波長的光線通過。於一些實施例中，濾光單元20為彩色濾光單元。濾光單元20包括多個紅色的濾光單元20a、多個綠色的濾光單元20b以及多個藍色的濾光單元20c。紅色的濾光單元20a、綠色的濾光單元20b以及藍色的濾光單元20c交錯排列於濾光陣列。
紅色的濾光單元20a允許波長為620nm至750nm(紅光)之範圍內的光線通過至感測單元111。綠色的濾光單元20b允許波長為495nm至570nm(綠光)之範圍內的光線通過至感測單元111。藍色的濾光單元20c允許波長為425nm至495nm(藍光)之範圍內的光線通過至感測單元111。
微透鏡30對齊於濾光單元20。每一微透鏡30設置於濾光單元20中之一者上。微透鏡30排列於平行於參考平面P1之平面上之一微透鏡陣列。微透鏡30用以將光線聚焦於感測單元111。
格狀結構40連接且環繞於每一濾光單元20。此外，格狀結構40設置於感測層10上，且平行於參考平面P1。格 狀結構40用以反射於濾光單元20內之光線至感測單元111。
於一些實施例中，格狀結構40之折射率小於濾光單元20之折射率，且因此濾光單元20以及格狀結構40形成光波導結構，用以引導光線至感測單元111。於一些實施例中，格狀結構40之折射率約為1.2至1.5的範圍之間。濾光單元20之折射率約為1.7至3.2的範圍之間。
柵格結構50設置於濾光單元20上。柵格結構50大致平行於參考平面P1延伸。於此實施例中，柵格結構50設置於微透鏡30上。柵格結構50為透光的(transparent)。柵格結構50用以提供抗反射功能，且減少影像感測器1所產生之影像中出現鬼影現象(flare phenomenon)的機率。
於一些實施例中，柵格結構50提供抗反射功能。為了增強抗反射功能的功效，柵格結構50之折射率於空氣和微透鏡30的折射率之間。柵格結構50由SiO2等無機材質所製成，因此柵格結構50亦提供了針對影像感測器1之感測層10的防水功能。
柵格結構50包括一基底層51以及多個柵格部52。基底層51設置於濾光單元20之上。於此實施例中，基底層51設置於微透鏡30上。
柵格部52設置於基底層51上且位於濾光單元20之上方。於一些實施例中，柵格部52沿平行於感測層10或參考平面P1之一平面延伸。柵格部52用以減少於影像感測器1所產生之影像上出現鬼影的機率。
如第1圖和第2圖所示，於一些實施例中，基底層 51包括多個柵格區域511以及一格狀區域512。柵格區域511位於濾光單元20上方。格狀區域512環繞每一柵格區域511，且位於格狀結構40上方。柵格部52位於柵格區域511上，而於一些實施例中，柵格部52並不位於格狀區域512上。
由於柵格部52並不位於格狀區域512上，因此格狀區域512具有一平坦頂面，且因此部分之光線可以被格狀區域512所反射。因此，光線經由格狀區域512進入格狀結構40或是濾光單元20的量減少，降低了影像感測器1之光交連(optical cross talk)，進而使得影像感測器1之影像品質得以提昇。
如第1圖及第2圖所示，於一些實施例中，柵格部52形成多個相互分離之柵格群G1。每一柵格群G1對齊於濾光單元20中之一者。每一柵格群G1位於柵格區域511以及濾光單元20之上。換句話說，位於柵格區域511中之一者上之部分柵格部52形成了一個柵格群G1。柵格部52排列於柵格群G1內之一柵格陣列。
於一些實施例中，柵格部52排列於一N x N矩陣，且N為大於4之正整數。於此實施例中，如第1、2圖所示，柵格部52排列於5 x 5矩陣。於一些實施例中，柵格部52排列於6 x 6矩陣、7 x 7矩陣、8 x 8矩陣、或是9 x 9矩陣。於一些實施例中，於一個柵格群G1內的多個柵格部52的數目約為25至225的範圍之間。於一些實施例中，每一柵格群G1包括至少25個柵格部。
再者，於一些實施例中，於不同柵格群G1內之柵格部52為相同的。於一些實施例中，於不同柵格群G1內之柵格 部52為不同的。
第3圖為根據本揭露之一些實施例中之柵格結構50的剖視圖。第4圖為根據本揭露之一些實施例中之柵格結構50之部分的仰視圖。於此實施例中，於一個柵格群G1內之柵格部52隨機排列。
柵格部52可為角錐、截角錐、圓錐或是截圓錐。於一些實施例中，於一個柵格群G1內之柵格部52的形狀為相同或大致相同的(如第1、2圖所示)。於一些實施例中，於一個柵格群G1內之部分或是全部的柵格部52的形狀為不同的(如第3、4圖所示)。
柵格部52具有相對於格狀區域512之高度H1以及不同的寬度(various widths)W1。不同的寬度W1於平行於基底層51之方向上被測量。每一柵格部52之寬高比(aspect ratio，寬度：高度)為1：4至1：20的範圍之間。於一些實施例中，柵格部52之寬高比大於1：4，且柵格部52之寬高比小於1：20。於一些實施例中，於同一個柵格群G1中部分或是全部的柵格部52之寬高比為不同的。於一些實施例中，於同一個柵格群G1中的柵格部52之寬高比為相同或是大致相同的。
於一些實施例中，於同一個柵格群G1中之柵格部52的高度H1為相同或是大致相同的(如第1圖所示)。於一些實施例中，於同一個柵格群G1中之部分或是全部的柵格部52之高度H1為不同的(如第3圖所示)。
柵格部52包括一底面521以及一頂面522。底面521靠近濾光單元20(如第1圖所示)，且連接於基底層51。頂面522 遠離基底層51(或是濾光單元20)。不同的寬度W1由底面521至頂面522逐漸遞減。
於一些實施例中，頂面522為平坦的平面或是點狀。於一些實施例中，於同一個柵格群G1中之底面521的寬度W1為相同或是大致相同(如第1圖所示)。於一些實施例中，於同一個柵格群G1中部分或是全部之底面521的寬度W1為不同的(如第4圖所示)。
於一些實施例中，底面521為圓形或是橢圓形(如第4圖所示)。於一些實施例中，底面521為多邊形、矩形、或是方形。於一些實施例中，於同一個柵格群G1中之底面521的形狀為相同或是大致相同的(如第2圖所示)。於一些實施例中，於同一個柵格群G1中之部分或是全部之底面521的形狀為不同的(如第4圖所示)。
再者，於一些實施例中，於同一個柵格群G1中之底面521的面積相同或是大致相同(如第2圖所示)。於一些實施例中，於同一個柵格群G1中之部分或是全部之底面521的面積為不同的(如第4圖所示)。
柵格部52更包括一傾斜面523。傾斜面523相對於基底層51傾斜。於一些實施例中，於同一個柵格群G1中之柵格部52的斜率為相同或大致相同(如第1圖所示)。於一些實施例中，於同一個柵格群G1中之部分或是全部的柵格部52之斜率為不同的(如第3圖所示)。
第5圖為根據本揭露之一些實施例中之一影像感測器1的示意圖。於一些實施例中，並沒有微透鏡30位於濾光 單元20與柵格結構50之間。於一些實施例中，微透鏡30並不存在於基底層51之中。基底層51接觸濾光單元20以及格狀結構40。
由於柵格部52並不位於格狀區域512，因此格狀區域512為一平坦的頂面，且部分之光線可經由格狀區域512反射，進而減少了光線經由格狀區域512進入格狀結構40或是濾光單元20。再者，柵格結構50可被使用來聚集光線至濾光單元20。因此，可省略微透鏡30。由於省略了微透鏡30，因此降低了影像感測器1之製作成本。
第6圖為根據本揭露之一些實施例中之一影像感測器1的示意圖。於一些實施例中，並沒有微透鏡30位於濾光單元20以及柵格結構50之間。柵格結構50並不包括連接於每一柵格部52之基底層51。
柵格部52包括柵格部52a、柵格部52b、以及柵格部52c。柵格部52a形成多個柵格群G1a。柵格部52b形成多個柵格群G1b、柵格部52c形成多個柵格群G1c。柵格部52a設置於濾光單元20a上方或是直接接觸濾光單元20a。柵格部52b設置於濾光單元20b上方或是直接接觸濾光單元20b。柵格部52c設置於濾光單元20c上方或是直接接觸濾光單元20c。
於一些實施例中，並沒有任何的柵格部52設置於格狀結構40上。柵格部52a、52b、52c相互間隔。濾光單元20a與柵格部52a包括相同之材質，並且一體成形。濾光單元20b與柵格部52b包括相同之材質，並且一體成形。濾光單元20c與柵格部52c包括相同之材質，並且一體成形。
再者，於一些實施例中，濾光單元20a與柵格部52a之材質不同於濾光單元20b與柵格部52b之材質，且不同於濾光單元20c與柵格部52c之材質。濾光單元20b之材質柵格部52b不同於濾光單元20c與柵格部52c之材質。
綜上所述，藉由影像感測器之柵格結構，漸少了呈現於影像感測器所產生之影像中之鬼影發生的機率，且降低了影像感測器之光交連，進而增進了影像感測器之影像品質。
上述已揭露之特徵能以任何適當方式與一或多個已揭露之實施例相互組合、修飾、置換或轉用，並不限定於特定之實施例。
本發明雖以各種實施例揭露如上，然而其僅為範例參考而非用以限定本發明的範圍，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾。因此上述實施例並非用以限定本發明之範圍，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧影像感測器
10‧‧‧感測層
11‧‧‧基材
111‧‧‧感測單元
12‧‧‧抗反射層
13‧‧‧介電層
14‧‧‧遮蔽元件
20‧‧‧濾光單元
20a、20b、20c‧‧‧濾光單元
30‧‧‧微透鏡
40‧‧‧格狀結構
50‧‧‧柵格結構
51‧‧‧基底層
511‧‧‧柵格區域
512‧‧‧格狀區域
52‧‧‧柵格部
G1‧‧‧柵格群
P1‧‧‧參考平面

Claims (10)

  1. 一種影像感測器，包括：一感測層；複數個濾光單元，設置於該感測層上；以及一柵格結構，設置於該等濾光單元上，且包括複數個柵格部，其中該等柵格部形成複數個柵格群，且每一該等柵格群相互分離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中每一該等柵格群包括至少25個柵格部。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，更包括一格狀結構，設置於該感測層上，且環繞每一該等濾光單元，其中每一該等柵格群對齊於該等濾光單元中之一者。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之影像感測器，更包括複數個微透鏡，對齊於該等濾光單元，其中該柵格結構包括設置於該等微透鏡上之一基底層，且該等柵格部設置於該基底層上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該等濾光單元包括一第一濾光單元，且該等柵格群包括一第一柵格群，設置於該第一濾光單元上，其中該第一濾光單元以及該第一柵格群包括相同之材質。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之影像感測器，其中該等濾光單元包括一第二濾光單元，且該等柵格群更包括一第二柵格群，設置於該第二濾光單元上，其中該第二濾光單元以 及該第二柵格群包括相同之材質。
  7. 該如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中每一該等柵格部包括靠近該等濾光單元之一底面、遠離該等濾光單元之一頂面、以及由該底面至該頂面逐漸漸窄之不同的寬度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像感測器，其中該等柵格部為角錐、截角錐、圓錐或是截圓，且該頂面為平坦的平面或是點狀。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之影像感測器，其中該等柵格部為角錐、截角錐、圓錐或是截圓，且該底面為圓形、橢圓形、多邊形、矩形、或是方形。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該等柵格部之寬高比為1：4至1：20的範圍之間。
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