TWI619238B - 影像感測器及其操作方法 - Google Patents

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金達顥
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Abstract

一種影像感測器與其操作方法。影像感測器包括第一光電轉換部件以及第二光電轉換部件。第一光電轉換部件接收除了第一波長的光以外的多種光，以產生電荷。第二光電轉換部件配置以接收第一波長的光以產生電荷，其中第一光電轉換部件與第二光電轉換部件中的至少一部件在垂直方向相互區隔。

Description

影像感測器及其操作方法
本發明是有關於一種影像感測器及其操作方法，且特別是有關於一種互補式金氧半場效電晶體(Complementary Metal Oxide Silicon；CMOS)影像感測器及其操作方法。
互補式金氧半場效電晶體(CMOS)影像感測器包括多個畫素(pixel)，每個畫素具有光電轉換元件(photoelectric conversion element)以將入射光轉換成電氣信號，且金氧半(MOS)電晶體可從每一畫素以讀取所述電氣信號。CMOS感測器具有低電壓以及低功率消耗的優點，且其使用範圍廣闊，因而擴展至用於手機內的相機、數位靜態相機(digital still camera)、數位視訊相機或其他類似物品。
CMOS影像感測器包括光二極體(photodiode)、介電層(dielectric layer)、色彩濾光片(color filter)以及微透鏡(micro lens)。光二極體形成於基板上以作為光電轉換元件。介電層上面形成多個佈線層(wiring layer)。色彩濾光片與微透鏡形成在介電 層上。在這種情況下，色彩濾光片具備紅色濾光片、綠色濾光片以及藍色濾光片，使其形成每個畫素，且對應於每個光二極體而垂直地形成。因此，例如，紅光穿越紅色濾光片，且在紅色濾光片之下的光二極體依照光的數量而產生與儲存一電荷(electric charge)。更進一步地說，由光二極體所產生的電荷透過傳送電晶體而流入浮動擴散區域(floating diffusion region)，藉以儲存電氣信號。
然而，當畫素的數目增加時以致於影像感測器在尺寸上減小的時候，所述畫素的尺寸將會減小。畫素在尺寸上的減小造成佈線層之間的間隔縮短。假如佈線層之間的間隔縮短的話，則產生干擾現象(crosstalk phenomenon)，從色彩濾光片提供至光二極體的光將撞擊(collide)佈線層而產生散射。干擾現象的發生將導致提供至光二極體的光的數量降低。相應地，由光二極體產生的電荷數量也會減小。結果，將造成影像感測器的靈敏度降低和色彩強度特性退化的問題。
本發明提供一種影像感測器及其操作方法，此影像感測器縱使在畫素的尺寸減小時具有避免干擾(crosstalk)發生的能力，且因此可避免色彩靈敏度與色彩清晰度的降低。
本發明提供另一種影像感測器及其操作方法，此影像感測器具有在相同面積下增加畫素數目的能力。
依據本發明的一觀點，影像感測器包括第一光電轉換部件以及第二光電轉換部件。第一光電轉換部件接收除了第一波長的光以外的多種光，以產生電荷。第二光電轉換部件配置以接收第一波長的光以產生電荷，其中第一光電轉換部件與第二光電轉換部件中的至少一部件在垂直方向相互區隔。
第一光電轉換部件是由基板上的預設區域所提供。
影像感測器更包括在基板上提供的多個第一讀出元件(read-out elements)，在如此的方式下將所述第一讀出元件從所述第一光電轉換部件相互區隔。
影像感測器更包括形成在第一光電轉換部件上的光傳輸部件、形成在第一讀出元件上的介電層、以及形成在所述光傳輸部件與所述介電層之間的色彩濾光片。
色彩濾光片經配置以致於各別接收不同波長的光的至少兩個色彩濾光片可交替設置。
第二光電轉換部件包括電荷儲存部件、有機光接收部件以及接點(contact)。由基板所提供的所述電荷儲存部件與所述第一光電轉換部件以及所述多個第一讀出元件相互區隔於一預設間隔。在所述基板上形成的有機光接收部件與電荷儲存部件在垂直方向相互區隔。接點形成於所述電荷儲存部件以及所述有機光接收部件之間，以連接所述電荷儲存部件與所述有機光接收部件。
影像處理器更包括由所述基板上所提供的多個第二讀出 元件，所述第二讀出元件與電荷儲存部件相互區隔於預設間隔。
所述介電層和所述色彩濾光片被提供至有機光接收部件與提供所述電荷儲存部件及所述第二讀出元件的所述基板之間，並且所述接點形成在所述色彩濾光片與所述介電層的預設區域。
所述有機光接收部件是藉由鋪設(layer)第一透明電極、有機層與第二透明電極而形成。
所述有機光接收部件接收第一波長的光以產生電荷，並且所述電荷儲存部件經由接點而儲存電荷。
依據本發明的另一觀點，影像感測器包括多個畫素以及第二光電轉換部件，每個畫素提供第一光電轉換部件以及讀出部件。第一光電轉換部件接收除了第一波長的光以外的光，以產生電荷。讀出部件讀取所述電荷。第二光電轉換部件配置以接收第一波長的光以產生電荷，其中所述第二光電轉換部件包括提供於至少兩個畫素之間的電荷儲存部件、以及有機光接收部件。有機光接收部件連接至所述充電儲存部件，且提供包括所述畫素的整個上部部分(upper portion)。
所述像素包括基板、光傳輸部件、介電層以及彩色濾光片。基板提供所述第一光電轉換部件以及與所述第一光電轉換部件相互區隔的多個第一讀出元件，光傳輸部件形成在第一光電轉換部件上，介電層形成在所述第一讀出元件以及所述光傳輸部件之間，色彩濾光片形成在所述光傳輸部件與所述介電層之間。
所述第二光電轉換部件包括電荷儲存部件、多個第二讀 出元件、接點以及有機光接收部件。所述電荷儲存部件由基板所提供，所述電荷儲存部件與所述第一光電轉換部件相互區隔。多個第二讀出元件由基板所提供，這些第二讀出元件與電荷儲存部件相互區隔。接點形成在介電層以及鋪設在基板上的所述色彩濾光片，並連接至所述電荷儲存部件。有機光接收部件形成在所述色彩濾光片上且連接至所述接點。
所述有機光接收部件包括第一透明電極、有機層和第二透明電極，這些均鋪設於所述色彩濾光片上。
所述第一透明電極被施加於較高電位的電壓，所述較高電位的電壓高於施加於所述第二透明電極的電壓，以便於從所述有機層產生的激子(exciton)分散為電子(electron)和電洞(hole)內。
依據本發明的再一觀點，本發明所提供的一種操作影像感測器的方法包括下列步驟：施加第一電位的電壓到第二光電轉換換部件的第一透明電極，且施加低於所述第一電位的第二電位的電壓施加到第二透明電極；將所述第一透明電極浮接以使得所述第一透明電極維持在所述第一電位；接收第一波長的光以產生電荷並將產生的電荷儲存至電荷儲存部件；將所述電荷儲存部件所儲存的所述電荷轉移到電荷偵測部件；以及，偵測及輸出所述電荷偵測部件的電位。
所述方法更包括：在電荷儲存部件所儲存的電荷轉移到電荷偵測部件之前，將所述電荷偵測部件重置(reset)。
依據本發明實施例，所述影像感測器包括所述第一光電轉換部件以及第二光電轉換部件。第一光電轉換部件用以依據多種光來產生電荷，除了經過色彩濾光片的第一波長的光，且所述第二光電轉換部件吸收第一波長的光而產生電荷，所述第一與所述第二光電轉換部件在垂直方向彼此相互區隔。
相較於相關技術，相關技術的所有光電轉換部件將會吸收所有彩色入射光於其上，以將產生的電荷形成在基板上面，因此，在相同區域中可增加畫素的數目。因此，整合程度(degree of integration)將被改善。例如，相關技術要求的是在單位區域內具備用於綠光的兩個畫素、用於黃光的一個畫素、以及用於藍光的一個畫素以實現綠光、紅光和藍光，但是本發明要求的是以兩個畫素便可實現這些彩色光。因此，有可能增加約100%的面積利潤(area margin)。
再者，在相關技術中，所述畫素的尺寸被減少以增加整合程度，且使得佈線層之間的間隔(interval)也會縮短，以致於干擾發生。然而，由於本發明相較於相關技術時具有約100%的面積利潤，它便能確保佈線層之間的間隔，以便干擾不會發生。
100‧‧‧畫素
100A‧‧‧第一光電轉換部件
100B‧‧‧讀出部件
110‧‧‧基板
100A‧‧‧第一光電轉換部件
100B‧‧‧讀出部件
120‧‧‧元件隔離區
130‧‧‧第一光電轉換部件
132‧‧‧n+區
134‧‧‧p+區
140‧‧‧儲存電荷部件
150a‧‧‧第一讀出元件
150b‧‧‧第二讀出元件
160‧‧‧介電層
160a、160b、160c、160d‧‧‧介電膜
170‧‧‧光傳輸部件
180‧‧‧色彩濾光片
190‧‧‧有機光接收部件
192‧‧‧第一透明電極
194‧‧‧有機層
196‧‧‧第二透明電極
198‧‧‧接點
200‧‧‧第二光電轉換部件
200A‧‧‧電荷儲存部件
200B‧‧‧有機光接收部件
220‧‧‧電荷偵測部件
230‧‧‧電荷轉移元件
250‧‧‧放大器元件
260‧‧‧選擇元件
M1、M2、M3‧‧‧佈線層
VDD‧‧‧電源電壓
TG‧‧‧電荷轉移信號
RST、ROW‧‧‧信號
TX、SF、CS、RX‧‧‧電晶體
Vout‧‧‧輸出線電位
圖1是根據本發明之具體實施例所述的影像感測器的透視圖。
圖2和圖3是依據本發明之具體實施例所述的影像感測器的截面透視圖。
圖4是依據本發明之具體實施例所述的影像感測器的等效電路圖。
現在，依據本發明的具體實施例將參照附圖進行詳細描述。然而，本發明並非侷限於這些具體實施例，而是可做為各種不同配置的實現。提供這些具體實施例是為了能夠全面了解本發明，本發明的範圍可由本領域技術人員參照這些具體實施例而充分了解。在圖中，相同的數字代表相同的元件。
圖1是說明依據本發明的具體實施例之影像感測器的上方部分(upper portion)與下方部份(lower portion)透視圖。圖2是取自沿著圖1的A-A線所觀察到的截面圖，且圖3是取自沿著圖1的B-B線所觀察到的截面圖。
請參照圖1，依據本發明具體實施例的影像感測器包括多個畫素100以及第二光電轉換部件200。這些畫素100具有第一光電轉換部件100A與讀出部件100B。第二光電轉換部件200具有一部件插入到至少兩個畫素100之間，而第二光電轉換部件200的其餘部件提供在多個畫素100。第一光電轉換部件100A依據多種波長的入射光的數量，除了第一波長的光以外，以產生與儲存電荷。例如，第一光電轉換部件100A依據入射至色彩濾光片R與B的紅或藍光，除了綠光以外，以產生電荷。讀出部件100B 可具有浮動擴散區(floating diffusion region)和多個第一讀出元件，以讀出介由第一光電轉換部件100A所產生的電荷。所述多個第一讀出元件可具有電荷轉移元件(charge transfer element)、選擇元件、放大元件(amplifying element)和重置元件(reset element)。更甚者，第二光電轉換部件200吸收第一波長的光，並依據光的數量而產生和儲存電荷。例如，第二光電轉換部件200吸收綠光以依據光的數量產生和儲存電荷。第二光電轉換部件200可包括有機光接收部件(organic light receiving portion)200B、電荷儲存部件200A、以及浮動擴散區和多個第二讀出元件(未繪示)。有機光接收部件200B用以吸收第一波長的光以依據光的數量而產生和儲存電荷。電荷儲存部件200A用以儲存由有機光接收部件200B所產生的電荷，且多個第二讀出元件讀出電荷儲存部件200A所儲存的電荷。第一光電轉換部件200供應在相互區隔的下方與上方部件，以此種方式將其一部件插入到至少兩個畫素100之間，而其餘部件則提供在包括多個畫素100的整體中。例如，電荷儲存部件200A、浮動擴散區和第二讀出元件可插入到至少兩個低畫素100之間，而有機光接收部件200B則提供在上方彩色濾光片R與B。在這種情況下，由於電荷儲存部件200A、浮動擴散區和多個第二讀出元件形成在畫素100的讀出部件100B的部件上，第一光電轉換部件100A的面積不會減少。
依據本發明的具體實施例之影像感測器的結構將參照圖2與圖3詳細描述。
請參照圖2與圖3，依據本發明具體實施例的影像感測器包括基板110、形成在基板110的預設區域(predetermined region)上的元件隔離區120以定義多個區、形成在基板110的預設區域中的多個第一光電轉換部件130、形成在基板110的預設區域中的電荷儲存部件140、形成在基板110的預設區域中的第一讀出元件150a與第二讀出元件150b、形成在基板110上的介電層160、插入在介面層160其間(therebetween)的光傳輸部件170、形成在介面層160以及光傳輸部件170上的色彩濾光片180、以及形成在色彩濾光片180上的有機光接收部件190。介電層160在基板110上方形成後，多個佈線層M1、M2、與M3在其中形成。
作為基板110，在此使用第一傳導類型，例如，P型基板。 雖然並未繪示，一磊晶層(epitaxial)可在基板110上形成，或多個井(well)可在基板110內形成。例如，作為基板110，可使用包括低矽基材(lower silicon substrate)的矽絕緣體(silicon on insulator；SOI)基板、形成在低矽基板上的埋入絕緣層(buried insulating layer)、以及形成在埋入絕緣層上的矽半導體層。
形成在預設區域的元件隔離區120是由基板110所提供，且主動區(active area)是以元件隔離區120所定義。元件隔離區120可藉由LOCOS(矽的局部氧化(LOCal Oxidation of Silicon))方法或是STI(淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolation))的方法形成，且可在基板110的預定深度內形成。如圖1的繪示，多個畫素100可由元件隔離區120所定義。更甚者，元件隔離區 120可決定位在畫素100中的第一光電轉換部件100A與讀出部件100B。也就是說，多個畫素100可分別包括第一光電轉換部件100A與讀出部件100B。更進一步的說，元件隔離區120可定義第二低光電轉換區，以便將其提供於介於至少兩畫素100之間的區域。
多個第一光電轉換部件130在基板110內的預設區域形成。特別的是，多個第一轉換部件130形成在畫素100的第一光電轉換部件100A的至少一部件，且較佳地在第一光電轉換部件100A的整個區域上形成，以便於增加光傳輸(optical transmittance)。第一光電轉換部件130對應於入射至色彩濾光片180上的彩色光的數量以產生且儲存電荷。在本實施例中，雖然會在後面描述這種情況，色彩濾光片180允許第一光線的傳遞，所述第一光線例如是除了綠光的多種光，也就是紅光和藍光。藉此，第一光電轉換部件吸收所述光線，例如，紅光與藍光，且依照光的數量產生與儲存電荷。第一光電轉換部件130包括光電電晶體(photo transistor)、光閘(photo gate)、光電二極體(photodiode)、針札光電二極體(pinned photodiode)以及其組合。根據本發明的具體實施例，光電二極體可用作第一光電轉換部件130，且包括在基板110內形成的n+區(132)，且p+區134形成在n+區132內。 也就是說，作為第一光電轉換部件130的光電二極體可在pnp連接結構(junction structure)中形成。
電荷儲存部件140在基板110內的預設區域形成，電荷儲存部件140與第一光電轉換部件130相互區隔在預設間隔。電 荷儲存部件140電性連接至有機光接收部件，以儲存由有機光接收部件190所產生的電荷。因此，電荷儲存部件140可形成於基板110內的n+區。也就是，所形成的電荷儲存部件140在結構上與第一光電轉換部件130不同。第一光電轉換部件130吸收光以儲存電荷，但是電荷儲存部件140儲存由第二光電轉換部件200所產生的電荷。
第一讀出元件150a與第二讀出元件150b在基板110上的預設區域內形成。特別是，第一讀出元件150a形成在畫素100的讀出部件100B內，且第二讀出元件150b形成在第二光電轉換部件200內。第一讀出元件150a與第二讀出元件150b可包括電荷轉移元件、選擇元件、驅動元件、以及重置元件。更進一步地，第一讀出元件150a與第二讀出元件150b可形成在電晶體結構中。特別是，第一讀出元件150a與第二讀出元件150b可具有一接面區(junction region)，此接面區形成在基板110內的閘極電極的一側。在這種情況下，圖2與圖3顯示電荷轉移之電晶體(charge transfer transistor)功能以作為第一讀出元件150a與第二讀出元件150b，且所述電荷轉移之電晶體的形成方式是將第一光電轉換部件130提供在閘極的一側，並在另一側提供接面區。因此，第一讀出元件150a將儲存到第一光電轉換部件130的電荷進行轉移。 更進一步說，第二讀出元件150b形成方式是在閘極的一側提供電荷儲存部件140，而在另一側提供接面區。因此，第二讀出元件150b可經由電荷儲存部件140供應預定電壓到第二光電轉換部件 200。
介電層160是在基板110上形成，且可在基板110上光無法傳輸的區域處形成介電層160。具體而言，介電層160可形成在基板110上的讀出部件100B以及第二光電轉換部件200。介電層160可藉由鋪設多個介電膜(dielectric film)而形成，並且多個接線(wiring)可形成在多個介電膜之間。例如，介電層160可具有第一介電膜160a、形成在第一介電膜160a的預設區域中的第一佈線層M1、形成在第一介電膜160a和第一佈線層M1之上的第二介電膜160b、形成在第二介電膜160b的預設區域中的第二佈線層M2、形成在第二介電膜160b和第二佈線層M2之上的第三介電膜160c、形成在第三介電膜160c的預設區域中的第三佈線層M3、以及形成在第三介電膜160c和第三佈線層M3之上的第四介電膜160d。更甚者，佈線層M1，M2，M3可彼此連接，並且在此實例中，介電層160上可形成用於連接佈線層M1、M2、M3的接點(contact)。於此，介電層160可以至少是由氮化矽膜(silicon nitride film)和氧化矽膜(silicon oxide film)其中之一所形成，而佈線M1、M2、M3是由導電物質，例如金屬，所形成。同時，佈線M1、M2、M3可形成且疊加在作為單位畫素的邊界的元件隔離區120上，或可形成在讀出部件100B上。更進一步，雖然在此實施例已描述過佈線M1、M2、M3分別形成在介電膜160a、160b、160c上，佈線M1、M2、M3亦可例如藉由鑲嵌內連接(damascene interconnection)而形成在介電膜160a、160b、160c上。
同時，如果介電層160是由具備低度光傳輸(low optical transmittance)的物質所構成，入射光在從第一光電轉換部件130到達時將受到阻礙。因此，光傳輸部件170會形成在介電層160的預設區域，以便增加影像感測器的靈敏度。也就是，光傳輸部件170可形成在相應於第一光電轉換部件130的區域中。有鑑於此，將疊加於第一光電轉換部件130之上所在的區域的介電層160移除以形成孔洞(cavity)，之後將此孔洞用光傳輸物質來填補以形成光傳輸部件170。光傳輸部件170是由有機高分子化合物(organic polymer compound)製造而成，並且，例如，是由非結晶態(amorphous)結構的含氟聚合物(fluoropolymer)或基於聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物所製成。更進一步地，光傳輸部件170可由聚矽氧烷樹脂(polysiloxane resin)、或聚矽氧烷樹脂與氧化鈦(titanium oxide)所製成。同時，光傳輸部件170可由移去第一介電膜160a的一部件而形成。然而，本發明並非侷限於此，例如，光傳輸部件170可用移去整個第一介電膜160a以裸露的方式形成。另外，光傳輸部件170可在除了第一介電膜160a外的介電膜160上形成。更進一步，光傳輸部件170可形成以具有傾斜側壁(inclined side wall)與平底表面(flat bottom surface)，或具有垂直(vertical)側壁與凹或凸底(convex)表面。
色彩濾光片180形成在介電層160和光傳輸部件170的上方。平坦膜(planarization film)(未繪示)可形成在色彩濾光片180的上方與下方的任何一邊。色彩濾光片180除了第一波長 的光以外，可允許多種波長的光傳輸。例如，色彩濾光片180除了綠光以外，可以傳輸紅光及藍光。因此，色彩濾光片180包括可交互配置的紅色濾光片182和藍色濾光片184。特別的是，紅色濾光片182可形成在一畫素上，藍色濾光片184可形成在相鄰於一畫素的另一畫素上。穿過紅色濾光片182而傳輸的紅光經由光傳輸部件170入射到第一光電轉換部件130，且第一光電轉換部件130依照光的數量將紅光轉換成為電荷。相似地，穿過藍色濾光片184傳輸的藍光經由光傳輸部件170入射到第一光電轉換部件130，且第一光電轉換部件130依照光的數量將藍光轉換成為電荷。同時，色彩濾光片180並非侷限於紅色和藍色濾光片182和184，只要是能傳輸青色(cyan)且/或紫紅色(magenta)波長的光即可。
有機光接收部件190形成在色彩濾光片180上。特別是，有機光接收部件190形成於包括多個色彩濾光片180的整個上方部件。有機光接收部件190是藉由鋪設第一透明電極192、有機層194、第二透明電極196所形成。有機層194吸收第一波長的光，例如，綠光，並對應於光的數量而產生電荷。為此，有機層194包括綠色染料(dye)以及容器(container)，例如，羅丹明染料(rhodamine dye)、酞菁(phthalocyanines)、喹吖啶酮(quanacridon)、櫻桃紅(eosine)、以及部花菁染料(merocyanine dye)。有機層194吸收綠光以產生激子，並且藉由通過第一透明電極192與第二透明電極196提供至有機層194的電力來將此激 子分離為電子跟電洞。詳細來說，正電壓被提供到第一透明電極192，並且負電壓被提供到第二透明電極196，以致於由有機層194所產生的激子被分離成電子跟電洞。第一與第二透明電極192與196是由導電之透明物質構成，使得光易於在電極中傳輸，也可由例如下述材料所組成，ITO，IZO，ZnO，roux，TiOx，或IrOx。與此同時，接點198形成在色彩濾光片180與介電層160的預設區域，且接點198用以連接第一透明電極192與電荷儲存部件140。 特別的是，接點198是藉由在色彩濾光片180和介電層160的預設區域內形成接觸孔(contact hole)以形成接點198，藉以曝露出電荷儲存部件140，並以導電物質填入接觸孔，如金屬。因此，第一透明電極192、有機層194與第二透明電極196經由電荷儲存部件140和接觸層198彼此連接在一起而構成第二光電轉換部件200。
透鏡(未繪示)形成在有機光接收部件190上，且對每一畫素100可形成透鏡。透鏡可由有機物，如感光樹脂(photosensitive resin)，或由無機物製成。例如，為了使用無機物製造透鏡，有機物圖案形成在第二透明電極196上，然後必須承受熱處理以成為透鏡。有機物圖案以熱處理改變成透鏡形狀。進一步說，保護膜(未繪示)形成在透鏡上。保護膜是由無機氧化物組成。例如，保護膜至少是藉由鋪設氧化矽膜、氧化鈦膜、氧化鋯膜(zirconium oxide film；ZrO2)以及氧化鉿膜(hafnium oxide film；HfO2)其中之一種所形成。特別是，可以使用低溫氧化膜可用來作為保護膜，低 溫氧化膜是一種氧化矽膜。由於低溫氧化膜約在100到200。C的低溫下形成，因此有可能基於熱的原因而減少較低結構的損害。 此外，低溫氧化膜是非結晶態，它可降低入射光的反射、折射與散射。當透鏡是利用有機材質構成時，保護膜可對抗外來的衝擊而用以保護透鏡。此外，相鄰的透鏡之間存在些許空間，而保護膜可填充此空間。若介於相鄰透鏡的空間已填滿，則可改善入射光的光聚焦性能。原因是到達介於相鄰透鏡的空間的入射光可減少其反射、折射與散射。
如前所述，根據本發明的實施例的影像感測器包括第一光電轉換部件100A以吸收多種光，除了綠光外，經由色彩濾光片180以產生電荷，且第二光電轉換部件200用以吸收綠光以產生電荷，此第二光電轉換部件200在垂直方向與其他部件相互區隔。 特別的是，依據第二光電轉換部件200，有機光接收部件190吸收綠光且將產生的電荷形成在色彩濾光片180上，電荷儲存部件140儲存由有機光接收部件190產生的電荷，在基板110上形成的電荷儲存部件140將其與光電二極體或同類部件形成的第一光電轉換部件100A相互區隔。
由於第二光電轉換部件200的一部件，也就是，有機光接收部件190，被形成以與第一光電轉換部件100A垂直地相互區隔，在相同區域中之畫素的數量可以增加，當與相關技術比較，相關技術於在基板110上形成的光電轉換部件吸收從色彩濾光片180入射的紅、綠、藍光以產生電荷。因此，整合程度可獲得改善。 例如，相關技術要求需要有四個畫素，也就是，需要在單位區域中具備用於綠光的兩個畫素、用於紅光的一個畫素、以及用於藍光的一個畫素，以達成綠色、紅色、和藍色，但是本發明要求以兩個畫素便可達成這些顏色。因此，面積利潤增加約100%是可能的。
更進一步地說，在相關技術中，畫素尺寸的減少可增加整合程度，因此位於佈線層之間的間隔也會變窄，以致於發生干擾。然而，由於本發明有大約100%的面積利潤，當與相關技術比較時，是可能將介於佈線層的間隔變得具有安全性的，以致於不會發生干擾。
圖4是依據本發明的實施例所述影像感測器的等效電路圖，尤其是第二光電轉換部件的等效電路圖。如圖4的繪示，影像感測器包括第二光電轉換部件200、電荷偵測部件220、電荷轉移元件230、重置元件240、放大器元件250以及選擇元件260。 電荷偵測部件220、電荷轉移元件230、重置元件240、放大器元件250、選擇元件260為讀出元件。
第二光電轉換部件200吸收第一波長的光，例如，綠光，依照光的數量而產生與儲存電荷。光電轉換部件200包括吸收綠光以產生電荷的第一透明電極192、有機層194與第二透明電極196、儲存已產生電荷的電荷儲存部件140、以及連接電荷儲存部件140與第一透明電極192的接點198。於是，有機層194吸收綠光已產生激子，且激子藉由第一與第二透明電極192與194之間 的電位差而分離成電子和電洞。電子經由接點198儲存於電荷儲存部件140。
電荷偵測部件220通常使用浮動擴散區域，且接收儲存於第二光電轉換部件210的電荷。由於電荷偵測部件220有寄生電容，電荷會累積儲存。電荷偵測部件220電性連接到放大器元件250的閘極以控制放大器元件250。
電荷轉移元件230從第二光電轉換部件210轉移電荷到電荷偵測部件220。電荷轉移元件230通常是由一個電晶體製成，且由電荷轉移信號TG所控制。尤其是，電荷轉移元件230更加地將儲存在第二光電轉換部件210的電荷轉移到電荷偵測部件220。特別的是，停留在第二光電轉換部件210的電荷將出現以作為位在下一個讀出操作的殘影，此殘影變成轉換增益降低的原因以及導致第二光電轉換部件210的電荷儲存容量降低的原因。因此，有接近於零的臨界電壓Vth的本質電晶體(native transistor)較佳地用作電荷轉移元件230。
重置元件240週期性重置電荷偵測部件220，重置源240的源極連接到電荷偵測部件220，汲極則連接到電源電壓Vdd的端點。更進一步地說，重置元件240是驅動以響應重置信號REST。 有接近於零的臨界電壓Vth的本質電晶體也是較佳地用作重置元件240。
放大器元件250可作為一個源極隨耦器，且輸出一電壓至輸出線電壓Vout，此電壓是響應電荷偵測部件220的電位勢而 作出改變。放大器元件250具有連接到選擇元件260的汲極的源極，且放大器元件250的汲極連接到電源電壓Vdd的端點。
選擇元件260其功能是以行(column)為單位讀出所選擇的單位畫素，且是對選擇信號ROW作出的響應作為驅動。選擇元件260的汲極連接到輸出線。
依據本發明的實施例，操作影像感測器的方法目前是藉由感測第二光電轉換部件200的案例來進行描述，例如參照圖4的等效電路圖以及圖3的截面圖。
首先，重置元件240與電荷轉移元件220被打開(turn on)以施加電源電壓Vdd於第二光電轉換部件200。在這種情況下，如圖3的繪示，電源電壓Vdd經由電荷儲存部件140與接點198施加於第一透明電極192。在當時，接地電壓施加於與第一透明電極192相對的第二透明電極196。如果電源電壓Vdd施加於第一透明電極192且接地電壓施加於第二透明電極196，當有機層194接收光所產生的激子能被分離成電子和電洞。
隨後，關閉電荷轉移元件220，並且打開重置元件240。 因此，將電源電壓Vdd施加於電荷偵測部件220以重置電荷偵測部件220，停留在電荷偵測部件220的電荷就能消除。特別的是，位於前面迴圈產生的電荷將停留在電荷儲存部件220。在這種情況下，將停留在電荷偵測部件220的前面迴圈的電荷加到目前迴圈的電荷，以增加電荷偵測部件220的電位勢，且當感測到高於電流迴圈的電壓時，便可能有原始彩色無法呈現的問題。因此，藉 由施加電源電壓Vdd以重置電荷偵測部件220，以便於清除停留在電荷偵測部件220的先前迴圈的電荷。更進一步，藉由關閉電荷轉移元件220以浮接第一透明電極192，便可將第一透明電極192維持在電源電壓Vdd的電位勢。當第一透明電極192維持在電力電壓Vdd的電位且第二透明電極196維持在接地電壓的電位勢，有機層194接收綠光以使激子分離成電子與電洞。藉由有機層194所產生的電荷被儲存在電荷儲存部件140。
隨後，關閉重置元件240，並且打開電荷轉移元件230。 在有機層194中藉由分離激子所產生且被儲存於電荷儲存部件140的電子向電荷偵測部件220移動，使得電荷偵測部件220的電位勢降低。當電荷偵測部件220的電位勢降低，經由感測元件250輸出的輸出線的電位Vout的電位勢也會降低。
並且，關閉重置元件240與電荷轉移元件230。在此方式中，電荷偵測部件220經由電荷轉移元件230維持電位勢轉移，從而一固定電流流向感測元件250的閘級，以致於輸出線Vout可經常維持而讀出電壓。
上述描述的操作方法僅可做為第二光電轉換部件電荷感測的一個例子。然而除了將電源電壓Vdd施加於第二光電轉換部件的情況外，感測第一光電轉換部件的電荷的情況與感測第二光電轉換部件的電荷的情況相同，其描述在此省略。也就是，類似圖4所說明的等效電路，使用包括電荷偵測部件的讀出元件、電荷轉移元件、重置元件、放大元件以及選擇元件而將儲存在第一 光電轉換部件的電荷進行感測。於是，除了打開電荷轉移元件與重置元件以施加電源電壓Vdd於第二光電轉換部件的情況外，操作第一光電轉換部件的方法與上述操作方法相同。
本發明參照之前的具體實施例與伴隨的圖示已做詳盡的描述，然而，本發明並非侷限於這些具體實施例，且本發明並非僅侷限於下列的申請專利範圍，本領域的普通技術人員應該了解只要不偏離技術精神和申請專利的範圍，可對本發明進行各種修改。

Claims (16)

  1. 一種影像感測器，包括：第一光電轉換部件，配置以接收多個光，所述多個光除了第一波長的光之外，以產生電荷；以及第二光電轉換部件，配置以接收第一波長的所述光以產生電荷；多個第一讀出元件，被配置以讀取所述第一光電轉換部件所產生的所述電荷；以及多個第二讀出元件，被配置以讀取所述第二光電轉換部件所產生的所述電荷，其中，所述第一光電轉換部件與所述第二光電轉換部件中的至少一部件在垂直方向相互區隔，其中，所述多個第一讀出元件與所述多個第二讀出元件配置於基板上以相互區隔於預定間隔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述第一光電轉換部件是由基板上的預設區域所提供。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的影像感測器，其中所述多個第一讀出元件配置於所述基板上，以與所述第一光電轉換部件相互區隔。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的影像感測器，更包括：光傳輸部件，形成在所述第一光電轉換部件上；介電層，形成在所述第一讀出元件上；以及 色彩濾光片，形成在所述光傳輸部件與所述介電層上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的影像感測器，其中所述色彩濾光片經配置以致於各別接收不同波長的光的至少兩個所述色彩濾光片是交替設置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的影像感測器，其中所述第二光電轉換部件包括：電荷儲存部件，由所述基板所提供，與所述第一光電轉換部件以及所述多個第一讀出元件相互區隔於預設間隔；有機光接收部件，在所述色彩濾光片上形成，與所述電荷儲存部件在所述垂直方向相互區隔；以及接點，形成於所述電荷儲存部件以及所述有機光接收部件之間，以連接所述電荷儲存部件與所述有機光接收部件。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的影像感測器，其中所述多個第二讀出元件配置於所述基板上，以與所述電荷儲存部件相互區隔於預設間隔。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的影像感測器，其中所述介電層和所述色彩濾光片被提供至所述有機光接收部件與提供所述電荷儲存部件及所述第二讀出元件的所述基板之間，以及所述接點形成在所述色彩濾光片與所述介電層的預設區域。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的影像感測器，其中所述有機光接收部件是藉由鋪設第一透明電極、有機層與第二透明電極而形成。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的影像感測器，其中所述有機光接收部件接收所述第一波長的所述光以產生電荷，並且所述電荷儲存部件經由所述接點而儲存電荷。
  11. 一種影像感測器，包括：多個畫素，每個畫素被提供以第一光電轉換部件與讀出部件，所述第一光電轉換部件被配置以接收光，除了第一波長的光以外，以產生電荷，以及讀出部件被配置以讀取所述電荷；以及第二光電轉換部件，配置以接收所述第一波長的所述光以產生電荷，其中所述第二光電轉換部件包括提供於至少兩個畫素之間的電荷儲存部件，有機光接收部件連接至所述電荷儲存部件，且提供包括所述畫素的整個上部部分，以及接點，用以連接所述電荷儲存部件與所述有機光接收部件，其中所述有機光接收部件是經由第一透明電極，有機層以及第二透明電極以疊層方式所形成。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的影像感測器，其中所述像素包括：基板，提供所述第一光電轉換部件以及與所述第一光電轉換部件相互區隔的多個第一讀出元件；光傳輸部件，形成在第一光電轉換部件上；介電層，形成在所述第一讀出元件以及所述光傳輸部件之間；以及 色彩濾光片，形成在所述光傳輸部件與所述介電層上。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的影像感測器，其中所述第二光電轉換部件包括：所述電荷儲存部件，由所述基板所提供，所述電荷儲存部件與所述第一光電轉換部件相互區隔；多個第二讀出元件，從所述基板上提供，所述多個第二讀出元件與所述第一光電轉換部件相互區隔；接點，形成在所述介電層以及鋪設在所述基板上的所述色彩濾光片，且連接至所述電荷儲存部件；以及所述有機光接收部件，形成在所述色彩濾光片上且連接至所述接點。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的影像感測器，其中所述所述第一透明電極被施加於較高電位的電壓，所述較高電位的電壓高於施加於所述第二透明電極的電壓，以便於從所述有機層產生的激子分散為電子和電洞。
  15. 一種操作影像感測器的方法，包括下列步驟：施加第一電位的電壓到第二光電轉換換部件的第一透明電極，且施加低於所述第一電位的第二電位的電壓施加到第二透明電極；將所述第一透明電極浮接以使得所述第一透明電極維持在所述第一電位；接收第一波長的光以產生電荷並將產生的電荷儲存至電荷儲 存部件；將所述電荷儲存部件所儲存的所述電荷轉移到電荷偵測部件；以及偵測及輸出所述電荷偵測部件的電位。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的方法，更包括：在所述電荷儲存部件所儲存的電荷轉移到所述電荷偵測部件之前，將所述電荷偵測部件重置。
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