TW202111941A - 影像感測器像素 - Google Patents

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Abstract

本揭示內容涉及一種像素（50、52、54、56），該像素包括：CMOS支撐件（8）；及至少兩個有機光電偵測器（50A、50B、50C、50D、52A、52B、52C、52D、54A、54B、54C、54D、56A、56B、56C、56D），其中相同的透鏡（58）在垂直方向上與所述有機光電偵測器成一直線。

Description

影像感測器像素
本揭示內容與影像感測器或電子成像器相關。
目前將影像感測器用在許多領域中，特別是用在電子設備中。影像感測器特別是存在於人機介面應用中或影像捕捉應用中。使用此類影像感測器的領域特別是例如智慧型手機、馬達載具、無人機、機器人、及虛擬或增強實境系統。
在某些應用中，相同的電子設備可以具有不同類型的複數個影像感測器。此類設備可以因此包括例如第一色彩影像感測器、第二紅外線影像感測器、允許估算場景或對象的不同點相對於設備的距離的第三影像感測器等等。
相同設備中搭載的影像感測器的此類多樣性本質上與此類設備的目前微型化約束幾乎不相容。
需要改善現有的影像感測器。
一個實施例克服了已知的影像感測器的缺陷的全部或一部分。
一個實施例提供了一種像素，該像素包括： CMOS支撐件；及 至少兩個有機光電偵測器， 其中相同的透鏡在垂直方向上與所述有機光電偵測器成一直線。
一個實施例提供了一種影像感測器，該影像感測器包括複數個如所述的像素。
一個實施例提供了一種製造此類像素或此類影像感測器的方法，該方法包括以下步驟： 提供CMOS支撐件； 每個像素形成至少兩個有機光電偵測器； 形成在垂直方向上與該像素或每個像素的該等有機光電偵測器成一直線的相同的透鏡。
依據一個實施例，所述有機光電偵測器是共面的。
依據一個實施例，所述有機光電偵測器彼此被介電體分離。
依據一個實施例，每個有機光電偵測器均包括第一電極，該第一電極與其他有機光電偵測器的第一電極分離且形成於該CMOS支撐件的表面處。
依據一個實施例，每個第一電極均耦接或優選地連接到讀出電路，每個讀出電路均優選地包括形成於該CMOS支撐件中的三個電晶體。
依據一個實施例，所述有機光電偵測器能夠藉由飛行時間來估算距離。
依據一個實施例，如所述的該像素或該感測器能夠如下操作： 在紅外線光譜的一部分中操作； 在結構光中操作； 在高動態範圍成像（HDR）中操作；及/或 在背景抑制的情況下操作。
依據一個實施例，每個像素在該透鏡下方均更包括濾色器，該濾色器給可見光譜及紅外線光譜中的一定頻率範圍中的電磁波讓路。
依據一個實施例，如所述的該影像感測器能夠捕捉彩色影像。
依據一個實施例，每個像素均確切地包括： 第一有機光電偵測器； 第二有機光電偵測器；及 兩個第三有機光電偵測器。
依據一個實施例，對於每個像素而言，該第一有機光電偵測器、該第二有機光電偵測器、及該第三有機光電偵測器均具有方形形狀且共同內接於方形內。
依據一個實施例，對於每個像素而言： 該第一有機光電偵測器均連接到第二電極； 該第二有機光電偵測器均連接到第三電極；及 該等第三有機光電偵測器連接到相同的第四電極。
依據一個實施例： 該第一有機光電偵測器及該第二有機光電偵測器包括由相同的第一材料製成的第一活性層；及 該等第三有機光電偵測器包括由第二材料製成的第二活性層。
依據一個實施例，該第一材料與該第二材料相同，所述材料能夠吸收可見光譜的電磁波及紅外線光譜的一部分的電磁波。
依據一個實施例，該第一材料與該第二材料不同，所述第一材料能夠吸收紅外線光譜的一部分的電磁波，而所述第二材料能夠吸收可見光譜的電磁波。
依據一個實施例： 該第二電極由該感測器的該等像素的所有該等第一有機光電偵測器所共有； 該第三電極由該感測器的該等像素的所有該等第二有機光電偵測器所共有；及 該第四電極由該感測器的該等像素的所有該等第三有機光電偵測器所共有。
已經在各種圖式中由類似的參考符號來標誌類似的特徵。詳細而言，不同的實施例及實施模式所共有的結構及/或功能構件可以用相同的參考標號來標誌且可以具有相同的結構、尺度、及材料性質。
為了明確起見，只有對瞭解所述的實施例及實施模式有用的彼等步驟及構件被示出且將被詳述。詳細而言，沒有詳述下文所述的影像感測器的用途。
除非另有指定，否則在指稱連接在一起的兩個構件時，這表示沒有導體以外的任何中間構件的情況下的直接連接，且在指稱耦接在一起的兩個構件時，這表示這兩個構件可以連接或它們可以經由一或更多個其他構件耦接。
在本揭示內容中，除非另有指定，否則認為，用語「絕緣」及「傳導性」分別表示「電絕緣」及「導電」。
在以下說明中，在指稱量化絕對位置的用語（例如用語「前」、「後」、「頂」、「底」、「左」、「右」等等）或指稱量化相對位置的用語（例如用語「上方」、「下方」、「上部」、「下部」等等）或指稱量化方向的用語（例如用語「水平」、「垂直」等等）時，除非另有指定，否則其指附圖的定向或正常使用位置下的影像感測器。
除非另有指定，否則詞語「約」、「大約」、「實質上」、及「呈...的數量級」表示10%以內，且優選地是5%以內。
一個層對輻射的透射率與從該層出來的輻射的強度與進入該層的輻射的強度的比率對應，入射輻射的射線與該層垂直。在以下說明中，在通過層或膜的輻射的透射率小於10%時將該層或該膜稱為對該輻射不透明。在以下說明中，在通過層或膜的輻射的透射率大於10%時將該層或該膜稱為對該輻射透明。
在以下說明中，「可見光」表示具有從400 nm到700 nm的範圍中的波長的電磁輻射，而「紅外線輻射」表示具有從700 nm到1 mm的範圍中的波長的電磁輻射。在紅外線輻射中，可以特別區別具有從700 nm到1.7 µm的範圍中的波長的近紅外線輻射。
影像的像素與由影像感測器所捕捉的影像的單元構件對應。在光電子設備是彩色影像感測器時，對於待獲取的彩色影像的每個像素而言，該光電子設備一般包括至少三個元件。該三個元件各自獲取實質上單一色彩中（即小於130 nm的波長範圍中）（例如紅色、綠色、及藍色）的光輻射。每個元件均可以特別包括至少一個光電偵測器。
圖1是影像感測器5的實施例的部分簡化分解透視圖。
影像感測器5包括共面像素陣列。為了簡化起見，在圖1中只有示出影像感測器5的四個像素50、52、54、及56，應瞭解，實際上，影像感測器5可以包括更多個像素。影像感測器5例如包括數百萬個或甚至數千萬個像素。
依據此實施例，像素50、52、54、及56位於CMOS支撐件8（例如頂部上的一塊矽晶圓，且其內部已經用CMOS（互補金屬氧化物半導體）技術形成了集成電路（未示出））的表面處。在此示例中，這些集成電路形成與影像感測器5的像素50、52、54、及56相關聯的讀出電路陣列。讀出電路意指與每個像素相關聯的讀出、定址、及控制電晶體的組件。
在影像感測器5中，每個像素均包括第一光電偵測器（用後綴「A」表示）、第二光電偵測器（用後綴「B」表示）、及兩個第三光電偵測器（用後綴「C」及「D」表示）。更詳細而言，在圖1的示例中： 像素50包括第一光電偵測器50A、第二光電偵測器50B、及兩個第三光電偵測器50C及50D； 像素52包括第一光電偵測器52A、第二光電偵測器52B、及兩個第三光電偵測器52C及52D； 像素54包括第一光電偵測器54A、第二光電偵測器54B、及兩個第三光電偵測器54C及54D；及 像素56包括第一光電偵測器56A、第二光電偵測器56B、及兩個第三光電偵測器56C及56D。
光電偵測器50A、50B、50C、50D、52A、52B、52C、52D、54A、54B、54C、54D、56A、56B、56C、及56D可以與有機光電二極體（OPD）或有機光敏電阻器對應。在本揭示內容的其餘部分中，認為影像感測器5的像素的光電偵測器與有機光電二極體對應。
在圖1的簡化表示中，每個光電偵測器均包括被包括或「夾」在兩個電極之間的活性層或光敏層。更詳細而言，在圖1的示例（其中只有有機光電偵測器50B、50C、54B、54C、54D、56B、及56D的側向表面可見）中： 第二光電偵測器50B由第一電極502B與第二電極504B之間的活性層500B所形成； 第三光電偵測器50C由位在第一電極502C與第二電極504C之間的活性層500C所形成； 第二光電偵測器54B由第一電極542B與第二電極544B之間的活性層540B所形成； 第三光電偵測器54C由第一電極542C與第二電極544C之間的活性層504C所形成； 第三光電偵測器54D由第一電極542D與第二電極544D之間的活性層540D所形成； 第二光電偵測器56B由第一電極562A與第二電極564B之間的活性層560B所形成；及 第三光電偵測器56C由第一電極562C與第二電極564D之間的活性層560D所形成。
類似地，在影像感測器5中： 第一光電偵測器50A由第一電極502A（未示於圖1中）與第二電極504A（未示於圖1中）之間的活性層500A（未示於圖1中）所形成； 第三第一光電偵測器50D由第一電極502D（未示於圖1中）與第二電極504D（未示於圖1中）之間的活性層500D（未示於圖1中）所形成； 第一光電偵測器52A由第一電極522A（未示於圖1中）與第二電極524A（未示於圖1中）之間的活性層520A（未示於圖1中）所形成； 第二光電偵測器52B由第一電極522B（未示於圖1中）與第二電極524B（未示於圖1中）之間的活性層520B（未示於圖1中）所形成； 第三光電偵測器52C由第一電極522C（未示於圖1中）與第二電極524C（未示於圖1中）之間的活性層520C（未示於圖1中）所形成。 第三光電偵測器52D由第一電極522D（未示於圖1中）與第二電極524D（未示於圖1中）之間的活性層520D（未示於圖1中）所形成。 第一光電偵測器54A由第一電極542A（未示於圖1中）與第二電極544A（未示於圖1中）之間的活性層540A（未示於圖1中）所形成； 第一光電偵測器56A由第一電極562A（未示於圖1中）與第二電極564A（未示於圖1中）之間的活性層560A（未示於圖1中）所形成；及 第三光電偵測器56C由第一電極562C（未示於圖1中）與第二電極564C（未示於圖1中）之間的活性層560C（未示於圖1中）所形成。
在本揭示內容的其餘部分中，也將用詞語「下部電極」表示第一電極，而也將用詞語「上部電極」表示第二電極。
依據一個實施例，每個有機光電偵測器的上部電極均形成陽極電極，而每個有機光電偵測器的下部電極均形成陰極電極。
影像感測器5的每個像素的每個光電偵測器的下部電極均個別耦接（優選地連接）到CMOS支撐件8的讀出電路（未示出）。影像感測器5的每個光電偵測器均因此個別藉由其下部電極來定址。因此，在影像感測器5中，每個光電偵測器均具有與所有其他光電偵測器的下部電極分離的下部電極。換言之，像素的每個光電偵測器均具有與以下項目分離的下部電極： 相同像素的其他光電偵測器；及 其他像素的其他光電偵測器。
仍然在影像感測器5中： 所有第一光電偵測器都具有共同的第一上部電極； 所有第二光電偵測器都具有共同的第二上部電極，該第二上部電極與由第一光電偵測器所共有的第一上部電極分離；及 所有第三光電偵測器都具有第三共同上部電極，該第三共同上部電極與所有第一光電偵測器所共有的第一上部電極分離且與及所有第二光電偵測器所共有的第二電極分離。
在影像感測器5中，每個像素均包括透鏡58（也由於其尺度而稱為微透鏡58）。因此，在圖1的簡化表示中，像素50、52、54、及56各自包括透鏡58。每個透鏡58因此均完全覆蓋影像感測器5的每個像素的第一光電偵測器、第二光電偵測器、及第三光電偵測器。更詳細而言，透鏡58實體上覆蓋像素的第一光電偵測器、第二光電偵測器、及第三光電偵測器的上部電極。
圖2是圖1的影像感測器的部分簡化俯視圖。
在此俯視圖中，第一光電偵測器、第二光電偵測器、及第三光電偵測器由方形表示，而微透鏡由圓形表示。更詳細而言，在圖2中： 微透鏡58覆蓋像素50的光電偵測器50A的上部電極504A、光電偵測器50B的上部電極504B、光電偵測器50C的上部電極504C、及光電偵測器50D的上部電極504D； 微透鏡58覆蓋像素52的光電偵測器52A的上部電極524A、光電偵測器52B的上部電極524B、光電偵測器52C的上部電極524C、及光電偵測器52D的上部電極524D； 微透鏡58覆蓋像素54的光電偵測器54A的上部電極544A、光電偵測器54B的上部電極544B、光電偵測器54C的上部電極544C、及光電偵測器54D的上部電極544D；及 微透鏡58覆蓋像素56的光電偵測器56A的上部電極564A、光電偵測器56B的上部電極564B、光電偵測器56C的上部電極564C、及光電偵測器56D的上部電極564D。
實際上，由於將出現在以下圖式的論述的電極之間的區間，可以認為，透鏡58完全覆蓋像素的相應電極，該等電極與該等像素相關聯。
在影像感測器5中，在圖2的俯視圖中，像素是實質方形的，優選地是方形的。影像感測器5的所有像素優選地都具有相同的尺度（在製造離勢之內）。
在圖2的俯視圖中，由影像感測器5的每個像素所形成的方形均具有從約0.8 µm到10 µm的範圍中（優選地是在從約0.8 µm到5 µm的範圍中，更優選地是在從0.8 µm到3 µm的範圍中）的側邊長度。
屬於相同的像素的第一光電偵測器、第二光電偵測器、及第三光電偵測器（例如第一像素50的第一光電偵測器50A、第二光電偵測器50B、及第三光電偵測器50C、50D）是方形的。光電偵測器具有實質相同的尺度，且共同內接在由其所屬的像素所形成的方形內。
由影像感測器5的每個像素的每個光電偵測器所形成的方形均具有與由每個像素所形成的方形的側邊長度的一半實質相等的側邊長度。然而，空間形成於每個像素的第一光電偵測器、第二光電偵測器、及第三光電偵測器之間，使得它們相應的下部電極是分離的。
在影像感測器5中，在圖2中的俯視圖中，每個微透鏡58均具有實質等於或優選地等於由其所屬的像素所形成的方形的側邊長度的直徑。在本實施例中，每個像素均包括微透鏡58。影像感測器5的每個微透鏡58均優選地相對於由其覆蓋的光電偵測器所形成的方形居中。
舉一個變型，每個微透鏡58均可以用另一個類型的微米範圍的光學構件（特別是微米範圍的菲涅耳透鏡、微米範圍的折射率梯度透鏡、或微米範圍的繞射光柵）替換。微透鏡58是收歛透鏡，各自具有從1 µm到100 µm（優選地是從1 µm到10 µm）的範圍中的焦距f。依據一個實施例，所有微透鏡58都是實質相同的。
微透鏡58可以由氧化矽、聚(甲基)甲基丙烯酸酯（PMMA）、正性抗蝕劑、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）、環烯烴聚合物（COP）、聚二甲矽氧烷（PDMS）/矽氧烷、或環氧樹脂製成。微透鏡58可以藉由抗蝕劑塊的流動來形成。微透鏡58可以進一步藉由在PET、PEN、COP、PDMS/矽氧烷、或環氧樹脂的層上模製來形成。
圖3是圖1及2的影像感測器5的像素的讀出電路的實施例的電氣圖。
為了簡化起見，圖3僅考慮與影像感測器5的單個像素（例如影像感測器5的像素50）相關聯的讀出電路。在此示例中，每個光電偵測器均與一個讀出電路相關聯。更詳細而言，在圖3中： 像素50的第一光電偵測器50A與第一讀出電路60A相關聯； 像素50的第二光電偵測器50B與第二讀出電路60B相關聯； 像素50的第三光電偵測器50C與第三讀出電路60C相關聯；及 像素50的第三光電偵測器50D與第四讀出電路60D相關聯。
像素50的第一光電偵測器50A的第一讀出電路60A、像素50的第二光電偵測器50B的第二讀出電路60B、像素50的第三光電偵測器50C的第三讀出電路60C、及第三光電偵測器50D的第四讀出電路60D共同形成像素50的讀出電路60。
依據此實施例，每個讀出電路60A、60B、60C、60D均包括三個MOS電晶體。此類電路目前與其光電偵測器一起由詞語「3T感測器」表示。詳細而言，在圖3的示例中： 與第一光電偵測器50A相關聯的讀出電路60A包括從動件組裝的MOS電晶體200，該從動件組裝的MOS電晶體在兩個終端204與206A之間與MOS選定電晶體202串聯； 與第二光電偵測器50B相關聯的讀出電路60B包括從動件組裝的MOS電晶體200，該從動件組裝的MOS電晶體在兩個終端204與206B之間與MOS選定電晶體202串聯； 與第三光電偵測器50C相關聯的讀出電路60C包括從動件組裝的MOS電晶體200，該從動件組裝的MOS電晶體在兩個終端204與206C之間與MOS選定電晶體202串聯；及 與第三光電偵測器50D相關聯的讀出電路60D包括從動件組裝的MOS電晶體200，該從動件組裝的MOS電晶體在兩個終端204與206D之間與MOS選定電晶體202串聯。
在讀出電路的電晶體為N通道MOS電晶體的情況下，每個終端204均耦接到高參考電勢（標記為Vpix）的來源。在讀出電路的電晶體為P通道MOS電晶體的情況下，每個終端204均耦接到低參考電勢的來源（例如接地）。
終端206A耦接到第一導電軌路208A。第一導電軌路208A可以耦接到相同行的像素的所有第一光電偵測器。第一導電軌路208A優選地耦接到影像感測器5的所有第一光電偵測器。
類似地，終端206B耦接到第二導電軌路208B。第二導電軌路208B可以耦接到相同行的像素的所有第二光電偵測器。第二導電軌路208B優選地耦接到影像感測器5的所有第二光電偵測器。第二導電軌路208B優選地與第一導電軌路208A分離。
類似地，終端206C耦接到第三導電軌路208C，而終端206D耦接到第四導電軌路208D。
依據一個優選的實施例，第三導電軌路208C及第四導電軌路208D連接在一起。導電軌路208C、208D可以耦接到相同行的像素的所有第三光電偵測器。導電軌路208C、208D優選地耦接到影像感測器5的所有第三光電偵測器。第三導電軌路208C及第四導電軌路208D優選地與第一導電軌路208A及第二導電軌路208B分離。
在圖3的示例中： 第一導電軌路208A耦接到或優選地連接到第一電流源209A； 第二導電軌路208B耦接到或優選地連接到第二電流源209B； 第三導電軌路208C耦接到或優選地連接到第三電流源209C； 第四導電軌路208D耦接到或優選地連接到第四電流源209D。
電流源209A、209B、209C、及209D不形成影像感測器5的像素50的讀出電路60的一部分。換言之，影像感測器5的電流源209A、209B、209C、及209D位於像素及讀出電路的外部。依據第三導電軌路208C及第四導電軌路208D互連的優選實施例，軌路優選地耦接到單個電流源209C或209D。
在像素50的讀出電路60的情況下，電晶體202的閘極旨在接收像素50的選定的訊號（標記為SEL_R1）。假設影像感測器5的另一個像素的讀出電路（例如像素52的讀出電路）的電晶體202的閘極旨在接收另一個訊號（標記為SEL_R2）。
在圖3的示例中： 與像素50的第一光電偵測器50A相關聯的電晶體200的閘極耦接到節點FD_1A； 與像素50的第二光電偵測器50B相關聯的電晶體200的閘極耦接到節點FD_1B； 與像素50的第二光電偵測器50C相關聯的電晶體200的閘極耦接到節點FD_1C；及 與像素50的第三光電偵測器50D相關聯的電晶體200的閘極耦接到節點FD_1D。
每個節點FD_1A、FD_1B、FD_1C、FD_1D均藉由重設MOS電晶體210耦接到重設電勢Vrst的施加終端，該電勢可以與電勢Vpix相同。電晶體210的閘極旨在接收訊號RST以供控制光電偵測器的重設，特別是允許將節點FD_1A、FD_1B、FD_1C、或FD_1D實質重設到電勢Vrst。
在圖3的示例中： 節點FD_1A連接到像素50的第一光電偵測器50A的陰極電極502A； 節點FD_1B連接到像素50的第二光電偵測器50B的陰極電極502B； 節點FD_1C連接到像素50的第三光電偵測器50C的陰極電極502C；及 節點FD_1D連接到像素50的第三光電偵測器50D的陰極電極502D。
仍然在圖3的示例中： 像素50的第一光電偵測器50A的陽極電極504A耦接到參考電勢Vtop_C1的來源； 像素50的第二光電偵測器50B的陽極電極504B耦接到參考電勢Vtop_C2的來源； 像素50的第三光電偵測器50C的陽極電極504C耦接到參考電勢Vtop_C3的來源；及 像素50的第三光電偵測器50D的陽極電極504D耦接到參考電勢Vtop_C4的來源。
在影像感測器5中，在所有第一光電偵測器共有的第一上部電極上施加電勢Vtop_C1。向所有第二光電偵測器共有的第二上部電極施加電勢Vtop_C2。電勢Vtop_C3及電勢Vtop_C4優選地是相等的，且向所有第三光電偵測器所共有的第三上部電極施加。
在本揭示內容的其餘部分中，任意使用了以下符號： VFD_1A，用於存在於節點FD_1A處的電壓； VFD_1B，用於存在於節點FD_1B處的電壓； VSEL_R1，用於向像素50的電晶體202的閘極施加的電壓，即向第一光電偵測器50A的電晶體202的閘極、第二光電偵測器50B的電晶體202的閘極、及第三光電偵測器50C、50D的電晶體202的閘極施加的電壓； VSEL_R2，用於向像素52的電晶體202的閘極施加的電壓。
在本揭示內容的其餘部分中，認為電壓VSEL_R1及VSEL_R2的施加分別由標記為SEL_R1及SEL_R2的二進制訊號所控制。
其他類型的感測器（例如所謂的「4T」感測器）是已知的。使用有機光電偵測器有利地允許省下電晶體及使用3T感測器。
圖4是具有圖3的讀出電路的影像感測器5的操作的示例的訊號的時序圖。
圖4的時序圖更詳細而言與「飛行時間」（ToF）模式下的影像感測器5的操作的示例對應。在此操作模式下，影像感測器5的像素用來估算將它們與跟影像感測器5相對地安置或定位的對象（物體、場景、面部等等）分離的距離。為了估算此距離，從用相關聯的發射器系統（未描述於本文中）朝向對象發射光脈波開始。此類光脈波一般藉由用源自來源的輻射（例如源自發光二極體的近紅外線輻射）短暫地照射對象來獲得。接著光脈波至少部分地被對象反射，然後由影像感測器5所捕捉。接著計算或測量光脈波在來源與對象之間進行反向行程所花費的時間。在影像感測器5有利地定位為靠近來源的情況下，此時間與光脈波行進將對象與影像感測器5分離的距離所花費的時間的大約兩倍對應。
圖4的時序圖繪示二進制訊號RST及SEL_R1以及影像感測器5的相同像素的第一光電偵測器及第二光電偵測器（例如像素50的第一光電偵測器50A及第二光電偵測器50B）的電勢Vtop_C1、VtopC2、VFD_1A、及VFD_1B的變化的示例。圖4也用虛線示出影像感測器5的另一個像素（例如像素52）的二進制訊號SEL_R2。已經將圖4的時序圖建立為認為，像素50的讀出電路60的MOS電晶體是N通道電晶體。為了簡化起見，在時序圖中不考慮影像感測器5的像素50的第三光電偵測器50C及50D的驅動。
在時間t0，訊號SEL_R1處於低態，使得像素50的電晶體202關閉。接著起動重設相位。為此目的，將訊號RST維持在高態下，使得像素50的重設電晶體210打開。累積在光電二極體50A及50B中的電荷接著朝向電勢Vrst的來源放電。
仍然在時間t0，電勢Vtop_C1處於高位凖。高位凖與一定電壓下的第一光電偵測器50A的偏壓對應，該電壓大於由施加稱為「內建電勢」的電勢所造成的電壓。內建電勢等同於陽極的功函數與陰極的功函數之間的差異。在電勢Vtop_C1處於高位凖時，第一光電偵測器50A不累積電荷。
在時間t0之後的時間t1之前，將電勢Vtop_C1設定為低位凖。此低位凖與負電壓（即小於0 V）下的第一光電偵測器50A的偏壓對應。這因此允許第一光電偵測器50A累積光生電荷。先前已經關於由電勢Vtop_C1對第一光電偵測器50A進行的偏壓所描述過的內容轉而解釋了由電勢Vtop_C2對第二光電偵測器50B進行的偏壓的操作。
在時間t1，開始朝向包括一個或複數個物體的場景發射第一紅外線光脈波（發射IR光），希望測量該一個或複數個物體的距離，這允許獲取場景的深度圖。第一紅外線光脈波具標記為tON的持續時間。在時間t1，將訊號RST設定為低態，使得像素50的重設電晶體210關閉，且將電勢Vtop_C2設定為高位凖。
在電勢Vtop_C1處於低位凖下的情況下，在時間t1，第一累積階段（標記為ITA）在影像感測器5的像素50的第一光電偵測器50A中開始。像素的累積階段表示像素在入射輻射的效應下收集電荷的階段。
在時間t2（在時間t1之後且與時間t1分離達標記為tD的時間段），開始接收源自第一紅外線光脈波被場景中的物體反射或被物體的點反射的第二紅外線光脈波（接收IR光），希望測量該物體到像素50的距離。時間段tD因此是物體到感測器5的距離的函數。接著在第一光電偵測器50A中開始第一電荷收集階段（標記為CCA）。第一電荷收集階段與在光電偵測器50A中跟入射光的強度成比例地（即跟第二脈波的光強度成比例地）產生電荷的時期對應。第一電荷收集階段使得讀出電路60A的節點FD_1A處的電勢VFD_1A的位凖減少。
在時間t3（在本示例中為在時間t2之後且與時間t1分離達時間段tON），停止發射第一紅外線光脈波。同時將電勢Vtop_C1設定為高位凖，因此標誌著第一累積階段的結束，因此標誌著第一電荷收集階段的結束。
同時，將電勢Vtop_C2設定為低位凖。接著在影像感測器5的像素50的第二光電偵測器50B中在時間t3開始第二累積階段（標記為ITB）。假定第二光電偵測器50B接收源自第二光脈波的光，第二電荷收集階段（標記為CCB）仍然在時間t3開始。第二電荷收集階段使得讀出電路60B的節點FD_1B處的電勢VFD_1B的位凖減少。
在時間t4（在時間t3之後且與時間t2分離達實質等於tON的時間段），停止由像素50的第二光電偵測器50B捕捉第二光脈波。第二電荷收集階段接著在時間t4結束。
在時間t4之後的時間t5，將電勢Vtop_C2設定為高位凖。這因此標誌著第二累積階段的結束。
在時間t5與時間t6之間（在時間t5之後），實現讀出階段（標記為RT），在該讀出階段期間，測量由影像感測器5的像素的光電二極體所收集的電荷量。為此目的，例如依序讀取影像感測器5的像素列。在圖4的示例中，將訊號SEL_R1及SEL_R2連續設定為高態以交替讀取影像感測器5的像素50及52。
從時間t6且直到時間t1'為止（在時間t6之後），起動新的重設階段（RESET）。將訊號RST設定為高態，使得像素50的重設電晶體210打開。累積在光電二極體50A及50B中的電荷接著朝向電勢Vrst的來源放電。
藉由以下公式計算時間段tD（其將第一發射的光脈波的開始與第二接收的光脈波的開始分離）： [數學式1]
Figure 02_image001
在上述公式中，標記為ΔVFD_1A的量與第一光電偵測器50A的累積階段期間的電勢VFD_1A的下降對應。類似地，標記為ΔVFD_1B的量與第二光電偵測器50B的累積階段期間的電勢VFD_1B的下降對應。
在時間t1'，藉由發射第二光脈波起動新的距離估算。新的距離估算包括分別與時間t2及t4類似的時間t2'及t4'。
上文已經關於飛行時間模式下的操作的示例說明了影像感測器5的操作，其中用去同步的方式驅動相同像素的第一光電偵測器及第二光電偵測器。影像感測器5的優點是，其也可以用其他模式操作，特別是用同步方式驅動相同像素的第一光電偵測器及第二光電偵測器的模式。可以用全域快門模式驅動影像感測器5，也就是說，影像感測器5也可以實施影像獲取方法，其中第一光電偵測器及第二光電偵測器的累積階段的開始及結束是同時的。
影像感測器5的優點因此是能夠依據不同的模式交替地操作。影像感測器5可以例如用飛行時間模式及用全域快門成像模式交替地操作。
依據一個實施模式，用其他操作模式（例如影像感測器5能夠如下操作的模式）交替地驅動影像感測器5的第一光電偵測器及第二光電偵測器的讀出電路： 在紅外線光譜的一部分中操作； 在結構光中操作； 在高動態範圍成像（HDR）中操作，例如確定對於每個像素而言，第一光電偵測器中的一者的累積時間均大於第二光電偵測器的累積時間；及/或 在背景抑制的情況下操作。
影像感測器5可以因此用來執行沒有解析度損失的不同類型的影像，因為能夠由影像感測器5所實施的不同的成像模式使用相同數量的像素。能夠將複數個功能性整合在相同的像素陣列及讀出電路中的影像感測器5的使用特別使得能夠響應於電子設備的目前微型化約束（例如智慧型手機設計及製造約束）。
此後的圖5到16繪示形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施模式的連續步驟。為了簡化起見，此後關於圖5到16所論述的內容說明影像感測器5的像素的一部分（例如影像感測器5的像素52的第一光電偵測器52A及第三光電偵測器52C）的形成。然而，應瞭解，此方法可以延伸到形成與影像感測器5類似的影像感測器的任何數量的光電偵測器及像素。
圖5是形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施模式的步驟的部分簡化橫截面圖。
依據此實施例，其藉由提供CMOS支撐件8開始，該CMOS支撐件特別包括像素52的讀出電路（未示出）。CMOS支撐件8在其上表面80處更包括接觸構件82A及82B。在圖5中的橫截面圖中，接觸構件82A及82C具有「T」形，其中： 水平部分延伸於CMOS支撐件8的上表面80上；及 垂直部分從CMOS支撐件8的上表面80向下延伸以接觸耦接或連接到讀出電路（未示出）的CMOS支撐件8的下部的金屬化層（未示出）。
接觸構件82A及82B例如由形成於CMOS支撐件8的上表面80上的導電軌路（接觸構件82A及82B的水平部分）及接觸導電軌路的導電通孔（接觸構件82A及82B的垂直部分）所形成。導電軌路及導電通孔可以由金屬材料製成，例如銀（Ag）、鋁（Al）、金（Au）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鈦（Ti）、及鉻（Cr），或由氮化鈦（TiN）製成。導電軌路及導電通孔可以具有單層或多層結構。在導電軌路具有多層結構的情況下，導電軌路可以由被絕緣層分離的導電層的堆疊所形成。通孔接著與絕緣層交叉。導電層可以由來自上述列表的金屬材料製成，而絕緣層可以由氮化矽（SiN）或氧化矽（SiO2 ）製成。
在此相同步驟的期間，清潔CMOS支撐件8以移除存在於其表面80處的可能的不純物。清潔例如藉由電漿來執行。清潔因此在執行一系列連續的沉積（其關於以下附圖來詳述）之前提供了令人滿意的CMOS支撐件3清潔度。
在本揭示內容的其餘部分中，關於圖6到16所描述的方法的實施模式僅包括CMOS支撐件8的上表面80上方的執行操作。因此，在整個工序中，圖6到16的CMOS支撐件8優選地與例如關於圖5所論述的CMOS支撐件8相同。為了簡化起見，在以下附圖中將不再次詳述CMOS支撐件8。
圖6是由例如關於圖5所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施模式的另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，執行在接觸構件52A及52C的表面處沉積電子注射材料。優選地沉積優選地選擇性地黏合到接觸構件52A及52C的表面的材料以形成自組裝單層（SAM）。此沉積因此優選地或僅覆蓋接觸構件52A及52C的自由上表面。因此如圖6中所繪示地形成了以下項目： 像素52的第一有機光電偵測器52A的下部電極522A；及 像素52的第三有機光電偵測器52C的下部電極522C。
舉一個變型，執行具有足夠低的側向導電率以避免在兩個相鄰的接觸構件之間產生導電路徑的電子注射材料的全板沉積。
下部電極522A及522C形成電子注射層（EIL）及分別形成光電偵測器52A及52C。下部電極522A及522C也稱為光電偵測器52A及52C的陰極。下部電極522A及522C優選地藉由旋轉塗覆或藉由浸漬塗覆來形成。
形成下部電極522A及522C的材料選自包括以下項目的群組： 金屬或金屬合金，例如銀（Ag）、鋁（Al）、鉛（Pb）、鈀（Pd）、金（Au）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鎢（W）、鉬（Mo）、鈦、或鉻（Cr）、或鎂與銀的合金（MgAg）； 透明導電氧化物（TCO），特別是銦錫氧化物（ITO）、鋁鋅氧化物（AZO）、鎵鋅氧化物（GZO）、TIO/Ag/ITO多層、ITO/Mo/ITO多層、AZO/Ag/AZO多層、或ZnO/Ag/ZnO多層； 聚乙烯亞胺（PEI）聚合物，或聚乙烯亞胺乙氧基化（PEIE）、丙氧基化、及/或丁氧基化聚合物； 碳、銀、及/或銅奈米線； 石墨烯；及 這些材料中的至少兩者的混合物。
下部電極522A及522C可以具有單層或多層結構。
圖7是由例如關於圖6所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施例的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，在CMOS支撐件8的上表面側80上執行第一層520的非選擇性沉積。沉積稱為「全板」沉積，因為其覆蓋CMOS支撐件8的整個上表面80以及接觸構件52A、52C及下部電極522A及522C的自由面。第一層520的沉積優選地藉由旋轉塗覆來執行。
依據此實施模式，第一層520旨在形成像素52的光電偵測器52A及52C未來的活性層520A、520C。像素52的光電偵測器52A及52C的活性層520A及520C優選地具有與第一層520相同的組成及厚度。
第一層520可以包括小的分子、低聚物、或聚合物。這些可以是有機或無機的材料，特別是包括量子點。第一層520可以包括雙極性半導體材料，或N型半導體材料與P型半導體材料的混合物（其例如呈堆疊層的形式或呈奈米尺度下的緊密混合物的形式以形成塊體異質結）。第一層520的厚度可以是在從50 nm到2 µm的範圍中，例如在300 µm的量級。
能夠形成層520的P型半導體聚合物的示例為： 聚(3-己基噻吩)（P3HT）； 聚[N-9’-十七烷基-2,7-咔唑-阿卓糖-5,5-(4,7-二-2-噻吩基-2',1’,3’-苯并噻二唑]（PCDTBT）； 聚[(4,8-雙-(2-乙基己氧基)-苯并[1,2-b; 4,5-b']二噻吩）-2,6-二基-阿卓糖-(4-(2-乙基己基)-噻吩[3,4-b]噻吩))2,6-二基]（PBDTTT-C）； 聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亞苯基-伸乙烯基]（MEH-PPV）；及 聚[2,6-(4,4-雙-(2-乙基己基)-4H -環戊[2,1-b;3,4-b']二噻吩)-阿卓糖 -4,7(2,1,3-苯并噻二唑)]（PCPDTBT）。
能夠形成層520的N型半導體材料的示例為富勒烯，特別是C60、[6,6]-苯基-C61 -甲基丁酸（[60] PCBM）、[6,6]-苯基-C71 -甲基丁酸（ [70] PCBM）、苝二酰亞胺、氧化鋅（ZnO）、或允許形成量子點的奈米晶體。
圖8是由例如關於圖7所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施例的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，在CMOS支撐件8的上表面側80上執行第二層524的非選擇性沉積。沉積稱為「全板」沉積，因為其覆蓋第一層520的整個上表面。第二層524的沉積優選地藉由旋轉塗覆來執行。
依據此實施模式，第二層524旨在形成像素52的光電偵測器52A及52C未來的上部電極524A、524C。像素52的光電偵測器52A及52C的上部電極524A及524C優選地具有與第二層524相同的組成及厚度。
第二層524至少部分地透明於其接收的光輻射。第二層524可以由透明導電材料製成，例如透明導電氧化物（TCO）、碳奈管、石墨烯、導電聚合物、金屬、或這些化合物中的至少兩者的混合物或合金。第二層524可以具有單層或多層結構。
能夠形成第二層524的TCO的示例為銦錫氧化物（ITO）、鋁鋅氧化物（AZO）、及鎵鋅氧化物（GZO）、氮化鈦（TiN）、氧化鉬（MoO3 ）、及氧化鎢（WO3 ）。能夠形成第二層524的導電聚合物的示例是稱為PEDOT:PSS的聚合物（其是聚(3,4)-伸乙基二氧基噻吩與聚(苯乙烯磺酸)鈉的混合物），及與聚苯胺（也稱為PAni）。能夠形成第二層524的金屬的示例為銀、鋁、金、銅、鎳、鈦、及鉻。能夠形成第二層524的多層結構的示例是多層AZO及AZO/Ag/AZO類型的銀結構。
第二層524的厚度可以是在從10 nm到5 µm的範圍中，例如在60 µm的量級。在第二層524是金屬的情況下，第二層524的厚度小於或等於20 nm，優選地小於或等於10 nm。
圖9是由例如關於圖8所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施例的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，於後續的步驟保護未來的光電偵測器52A及52C。此類保護例如藉由以下步驟來執行： 第一操作，包括在第二層524的整個上表面上沉積由光刻光致抗蝕劑所形成的第三層526（在步驟結束時僅留下其兩個部分526A及526C，且僅示出該兩個部分）。 第二操作，包括通過掩膜照射第三光致抗蝕層526；及 第三操作，包括用溶劑移除第三層526的未照射的部分（在第三層526由負性光致抗蝕劑所形成的情況下）以在第一光電二極體52A的位置處僅保留第三層526的第一部分526A（仍然在負性光致抗蝕劑的情況下是被照射的）及在第三光電二極體52C的位置處僅保留第三層526的單個部分526C（在負性光致抗蝕劑的情況下是被照射的）。在第三層526由正性光致抗蝕劑所形成的情況下，第三層526的照射的部分被移除。
圖10是由例如關於圖9所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施例的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，例如藉由反應性離子蝕刻法（RIE）來執行蝕刻操作以移除第二層524及第一層520的未保護的區域。優選地執行各向異性蝕刻，使得蝕刻優選地（或選擇性地，或主要是）使第二層524及第一層520的水平區域相對於層524、520的垂直區域消失。
因此移除了不被第三層526的第一部分526A及第二部分526C覆蓋的層520、524的部分以如圖10中所繪示地形成： 像素52的第一光電偵測器52A的活性區域520A； 像素52的第一光電偵測器52A的上部電極524A； 像素52的第三光電偵測器52C的活性區域520C；及 像素52的第三光電偵測器52C的上部電極524C。
上部電極524A及524C分別形成光電偵測器52A及52C的電洞注射層（HIL）。上部電極524A及524B也稱為光電偵測器52A及52C的陽極。
圖11是由例如關於圖10所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施例的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，移除第三層526的第一部分526A及第二部分526C。這因此暴露： 像素52的第一光電偵測器52A的上部電極524A的上表面；及 像素52的第三光電偵測器52C的上部電極524C的上表面。
圖12是由例如關於圖11所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施例的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，未來的光電偵測器52C被包覆528C保護。包覆528C例如藉由以下步驟來執行： 第一操作，包括在結構的整個上表面上沉積由光可圖案化的介電材料製成的第四層528（在步驟結束時僅留下其部分528C，且僅該部分可見）； 第二操作，包括通過掩膜照射第四光可圖案化介電層528；及 第三操作，包括用溶劑移除第四層528的未照射的部分以在第三光電二極體52C的位置處僅保留第四層528的部分528C（被照射）。由第三光電偵測器52C的活性層520A及上部電極524C所形成的堆疊的自由上表面及側表面因此完全被第四層528的部分528C覆蓋。因此，形成第四層528的材料優選地是負極性的樹脂。
圖13是由例如關於圖12所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施例的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，在CMOS支撐件8的上表面側80上執行第五層530的非選擇性沉積（「全板」沉積）。依據此實施例，第五層530旨在延續像素52的光電偵測器52A的上部電極524A。
依據一個實施模式，第五層530具有與如關於圖8所論述的第二層524的組成類似或優選地相同的組成。因此，第五層530表現得像電洞輸送層（HTL），也稱為存取電極。
依據另一個實施模式，第五層530具有與第二層524的組成不同的組成。
圖14是由例如關於圖13所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施例的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，在CMOS支撐件8的上表面側80上執行第六層532的非選擇性沉積。沉積稱為「全板」沉積，因為其覆蓋第五層530的整個上表面。第六層532優選地是所謂的「平坦化」層，其允許在包覆光電偵測器之前獲得具有平坦的上表面的結構。
第六平坦化層532可以由基於聚合物的介電材料製成。舉一個變型，平坦化層532可以含有氮化矽（SiN）或氧化矽（SiO2 ），此層藉由濺射、物理氣相沉積（PVD）、或電漿增強化學氣相沉積（PECVD）來獲得。舉一個變型，層532由多層結構所形成，該多層結構包括交替堆疊的氮化矽層及氧化矽層以形成例如SiN/SiO2 /SiN/SiO2 類型的結構。
平坦化層532也可以由氟化聚合物（特別是由Bellex以商品名「Cytop」商品化的氟化聚合物）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、聚對二甲苯、聚酰亞胺（PI）、丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）、聚二甲基矽氧烷（PDMS）、光刻樹脂、環氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、或這些化合物中的至少兩者的混合物製成。
圖15是由例如關於圖14所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施例的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，在CMOS支撐件8的上表面80的側面上的整個結構上沉積第七層534。第七層534旨在包覆影像感測器5的有機光電偵測器。第七層534因此允許避免形成影像感測器5的光電偵測器的有機材料由於暴露於環境空氣中所含有的水或濕氣所引起的劣化。在圖15的示例中，第七層534覆蓋第六平坦化層532的整個自由上表面。
圖16是由例如關於圖15所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的實施例的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，像素52的微透鏡18在垂直方向上與光電偵測器52A、52B、52C、及52D成一直線地形成（圖16中僅示出光電偵測器52A及52C）。
如關於圖2所論述，微透鏡58可以由氧化矽、PMMA、正性光敏樹脂、PET、PEN、COP、PDMS/矽氧烷、或環氧樹脂製成。微透鏡58可以藉由抗蝕劑塊的流動來形成。微透鏡58可以進一步藉由在PET、PEN、COP、PDMS/矽氧烷、或環氧樹脂的層上模製來形成。
圖17是沿著圖1及2的影像感測器的平面CC（圖2）的部分簡化橫截面圖。
在圖17中，僅示出影像感測器5的像素52的光電偵測器52A及52C及像素50的光電偵測器50A及50C。像素50及52屬於影像感測器5的相同的像素行。在圖17的示例中，像素52的光電偵測器52A、52C及像素50的光電偵測器50A、50C彼此分離。因此，沿著影像感測器5的相同行，每個光電偵測器均與相鄰的光電偵測器絕緣。
在圖17的示例中： 活性層500A、500C、520A、及520C彼此分離； 下部電極502A、502C、522A、及522C彼此分離； 像素52的第一光電偵測器52A的上部電極524A及像素52的第三光電偵測器52C的上部電極524C被第四介電層528的部分528C分離； 像素50的第一光電偵測器50A的上部電極504A及像素50的第三光電偵測器50C的上部電極504C被第四介電層528的與部分528C類似的部分508C分離；及 像素52的第一光電偵測器52A的上部電極524A及像素50的第一光電偵測器50A的上部電極504C被第五層530分離。
換言之，屬於影像感測器5的相同的像素行的像素的所有第三光電偵測器都具有共同的上部電極。在圖17的示例中，第五層530形成第三光電偵測器50C及52C所共有的第三上部電極。
依據一個優選的實施模式，執行第五層530的沉積，使得第五層530也形成相同行的像素的所有第三光電偵測器的共同上部電極。在圖17的示例中，如關於圖1所論述，第五層530接著形成像素50的第三光電偵測器50C、50D及像素52的第三光電偵測器52C及52D所共有的第三上部電極。
圖18在視圖(A)、(B)、及(C)中繪示圖1及2的影像感測器5的電極的實施例。此處，視圖(A)與視圖(B)與(C)的疊加對應。
視圖(A)示出： 影像感測器5的第一光電偵測器50A、52A、54A、及56A的上部電極504A、524A、544A、及564A； 影像感測器5的第二光電偵測器50B、52B、54B、及56B的上部電極504B、524B、544B、及564B； 影像感測器5的第三光電偵測器50C、52C、54C、及56C的上部電極504C、524C、544C、及564C；及 影像感測器5的第三光電偵測器50D、52D、54D、及56D的上部電極504D、524D、544D、及564D。
依據此實施例，第三光電偵測器的上部電極由相同的層536所形成，其中視圖(B)中示出了兩個單獨的部分5360及5362。在此示例中，層536的部分5360及5362各自形成「Z字形」結構。層536的部分5360因此形成了影像感測器5的第一行的像素的第三光電偵測器所共有的電極。類似地，層536的部分5362形成了影像感測器5的第二行的像素的第三光電偵測器所共有的電極。
層536的部分5360因此耦接影像感測器5的第一行的像素50及52的第三光電偵測器50C、50D、52C、及52D的上部電極504C、504D、524C、及524D。類似地，層536的部分5362耦接影像感測器5的第二行的像素54及56的第三光電偵測器54C、54D、56C、及56D的上部電極544C、544D、564C、及564D。
第一光電偵測器的上部電極由層530所形成（如關於圖17所論述），視圖(C)中示出了其兩個單獨的部分5300及5302。在此示例中，層530的部分5300及5302各自形成條帶。層530的部分5300因此形成了影像感測器5的第一行的像素的第一光電偵測器所共有的電極。類似地，層530的部分5302形成了影像感測器5的第二行的像素的第一光電偵測器所共有的電極。
層530的部分5300因此耦接影像感測器5的第一行的像素50及52的第一光電偵測器50A及52A的上部電極504A及524A。類似地，層530的部分5302因此耦接影像感測器5的第二行的像素54及56的第一光電偵測器54A及56A的上部電極544A及564A。
類似地，第二光電偵測器的上部電極由相同的層538所形成，視圖(C)中示出了其兩個單獨的部分5380及5382。在此示例中，層538的部分5380及5382各自形成條帶。層538的部分5380因此形成了影像感測器5的第一行的像素的第二光電偵測器所共有的電極。類似地，層538的部分5382形成了影像感測器5的第二行的像素的第二光電偵測器所共有的電極。
層538的部分5380因此耦接影像感測器5的第一行的像素50及52的第二光電偵測器50B及52B的上部電極504B及524B。類似地，層538的部分5382耦接影像感測器5的第二行的像素54及56的第二光電偵測器54B及56B的上部電極544B及564B。
層530、536、及538彼此絕緣。層536及層530、538優選地不共面。此允許使得影像感測器5的光電偵測器的不同的共同上部電極之間的絕緣變得容易。
此後的圖19到24繪示形成圖1及2的影像感測器5的方法的另一個實施模式的連續步驟。為了簡化起見，此後關於圖19到24所論述的內容說明影像感測器5的像素的一部分（例如影像感測器5的像素52的第一光電偵測器52A及第三光電偵測器52C）的形成。然而，應瞭解，此方法可以延伸到形成與影像感測器5類似的影像感測器的任何數量的光電偵測器及像素。
此其他實施模式的第一步驟與先前關於圖5到7所述的實施模式的步驟類似。為了簡化起見，此後將不再次詳述這些步驟。
圖19是由例如關於圖7所述的結構形成圖1及2的影像感測器的方法的另一個實施模式的步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，於後續的步驟保護未來的光電偵測器52A。此類保護例如藉由以下步驟來執行： 第一操作，包括在第一層520的整個上表面上沉積由光刻光致抗蝕劑所形成的第八層531（在步驟結束時僅留下其部分531A且僅示出該部分）； 第二操作，包括通過掩膜照射第八光致抗蝕層531；及 第三操作，包括用溶劑移除第八層531的照射的部分（在第八層531由負性光致抗蝕劑所形成的情況下）以在第一光電二極體52A的位置處僅保留第八層531的部分531A（仍然在正性光致抗蝕劑的情況下是未被照射的）。
圖20是由例如關於圖19所述的結構形成圖1及2的影像感測器的方法的另一個實施模式的另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，例如藉由乾蝕刻法（例如反應性離子蝕刻類型的電漿蝕刻）來執行蝕刻操作以移除第一層520的未保護的區域。優選地執行各向異性蝕刻，使得蝕刻優選地（或選擇性地，或主要是）使第一層520的水平區域相對於層520的垂直區域消失。
因此移除了第一層520的未被第八層531的部分531A覆蓋的部分以及未來的第三光電偵測器52C的下部電極522C。如圖20中所繪示，像素52的第一光電偵測器52A的活性層520A因此形成，且未來的第三光電偵測器52C的接觸構件82C暴露。
圖21是由例如關於圖2所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的又另一個實施模式的另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，在接觸構件82C上執行沉積以恢復未來的第三光電偵測器52C的下部電極522C。優選地沉積優選地選擇性地黏合到表面接觸構件52C的材料以形成自組裝單層（SAM）。沉積因此優選地或僅覆蓋接觸構件52C的自由上表面。
接著在CMOS支撐件8的上表面側80上執行第九層533的非選擇性沉積。依據此實施模式，第九層533旨在形成像素52的光電偵測器52C及52D未來的活性層520C及520D。像素52的光電偵測器52C及52D的活性層520C及520D優選地具有與第一層533相同的組成及厚度。
依據一個優選的實施模式，第九層533的組成與第一層520的組成不同。第一層520例如具有用可見波長範圍為中心的吸收波長，而第九層533具有例如約940 nm的吸收波長。
圖22是由例如關於圖21所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的又另一個實施模式的另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，實現第一操作，該第一操作包括在CMOS支撐件8的上表面側80上沉積由光刻光致抗蝕劑所形成的第十層535（在步驟結束時僅留下其部分535C，且僅示出該部分）。使用與在關於圖19所論述的步驟處所使用的抗蝕劑相同的抗蝕劑來形成第八層531。接著實現第二操作，該第二操作包括通過掩膜照射此第十光致抗蝕層。接著，藉由溶劑移除第十層535的照射的部分（在第十層535由正性抗蝕劑製成的情況下）以特別是在第三光電二極體52C的位置處僅保留第十層535的部分535C（未被照射）。
接著蝕刻第九層533的未被第十層535的部分535C保護的部分。位於接觸構件82A及82C中的每一者的任一側上的垂直開口因此形成於第九層533中。第三光電偵測器52C的活性層520C因此形成。
圖23是由例如關於圖22所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的又另一個實施模式的另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，優選地藉由浸漬到溶劑中（剝離）來移除第八層531及第十層535的其餘部分。特別移除以下項目： 第八層531的部分531A，其覆蓋像素52的第一光電偵測器52A的活性層520A； 第十層535的部分535C，其覆蓋像素52的第三光電偵測器52C的活性層520C。
圖24是由例如關於圖23所述的結構形成圖1及2的影像感測器5的方法的又另一個實施模式的另一個步驟的部分簡化橫截面圖。
在此步驟期間，形成以下項目： 第一光電偵測器52A的上部電極524A； 第三光電偵測器52C的上部電極524C。
優選地如先前關於圖8到11所論述地形成這些電極。接著如先前關於圖12到16所論述地繼續實現形成影像感測器5的方法。
圖25是影像感測器9的另一個實施例的部分簡化橫截面圖。
圖25中所示的影像感測器9與關於圖1及2所論述的影像感測器5類似。影像感測器9與影像感測器5的不同之處主要在於： 影像感測器9的像素50、52、54、及56屬於影像感測器9的相同的列或相同的行（而影像感測器5（圖1）的像素50、52、54、及56分佈在影像感測器5的兩個不同的列及兩個不同的行上）；及 影像感測器9的每個像素50、52、54、及56均具有其微透鏡58下方及鈍化層43上的濾色器41R、41G、或41B。換言之，圖1中佈置呈方形的四個單色像素50、52、54、及56此處在圖25中並排地安置。
更詳細而言，在圖25的示例中，影像感測器9包括： 第一綠色濾色器41G，介於像素50的微透鏡58與鈍化層43之間； 紅色濾色器41R，介於像素52的微透鏡58與鈍化層43之間； 第二綠色濾色器41G，介於像素54的微透鏡58與鈍化層43之間；及 藍色濾色器41B，介於像素56的微透鏡58與鈍化層43之間。
依據此實施例，影像感測器9的濾色器41R、41G、及41B給與可見光譜不同的頻率範圍中的電磁波讓路且給紅外線光譜的電磁波讓路。濾色器41R、41G、及41B可以與有色樹脂塊對應。每個濾色器41R、41G、及41B均能夠給例如700 nm與1 mm之間的波長下的紅外線輻射讓路，且對於濾色器中的至少一些而言能夠給可見光的波長範圍讓路。
對於待獲取的彩色影像的每個像素而言，影像感測器9均可以包括： 至少一個像素（例如像素56），其濾色器41B能夠給紅外線輻射及例如從430 nm到490 nm的波長範圍中的藍光讓路； 至少一個像素（例如像素50及54），其濾色器41G能夠給紅外線輻射及例如從510 nm到570 nm的波長範圍中的藍光讓路；及 至少一個像素（例如像素52），其濾色器41R能夠給紅外線輻射及例如從600 nm到720 nm的波長範圍中的紅光讓路。
與關於圖1及2所論述的影像感測器5類似，影像感測器9的每個像素50、52、54、56均具有第一光電偵測器及第二光電偵測器以及兩個第三光電偵測器，第一光電偵測器及第二光電偵測器能夠藉由飛行時間來估算距離，該等第三光電偵測器能夠捕捉影像。每個像素因此均包括四個光電偵測器（在圖25中非常示意性地由相同的區塊（OPD）示出）。更詳細而言，在圖25中： 像素50包括四個有機光電偵測器（區塊90（OPD））； 像素52包括四個有機光電偵測器（區塊92（OPD））； 像素54包括四個有機光電偵測器（區塊94（OPD））；及 像素56包括四個有機光電偵測器（區塊96（OPD））。
每個像素50、52、54、及56的光電偵測器均共面且各自與一個讀出電路相關聯，如關於圖3所論述。讀出電路形成於CMOS支撐件8的內部的頂部上。影像感測器9因此例如能夠交替地執行飛行時間距離估算及彩色影像捕捉。
依據一個實施例，影像感測器9的像素的第一光電偵測器、第二光電偵測器、及第三光電偵測器的活性層由能夠吸收可見光譜的電磁波及紅外線的一部分（優選地是近紅外線）的電磁波的相同材料製成。接著可以使用影像感測器9來交替地獲得： 藉由例如如關於圖4所論述地驅動第一光電偵測器及第二光電偵測器，由第一光電偵測器及第二光電偵測器獲得飛行時間距離估算；及 藉由例如用同步的方式驅動第三光電偵測器，由第三光電偵測器獲得彩色影像。
此實施例的優點是，影像感測器9因此具有較大的靈敏度，因為每個像素的四個光電偵測器在形成彩色影像的期間均被使用。
依據另一個實施例，影像感測器9的像素的第一光電偵測器及第二光電偵測器的活性層由與形成第三光電偵測器的活性層的材料不同的材料製成。依據此實施例： 形成第一光電偵測器及第二光電偵測器的活性層的材料能夠吸收紅外線光譜的一部分（優選地是近紅外線）的電磁波；及 形成第三光電偵測器的活性層的材料能夠吸收可見光譜的電磁波，同時透明於近紅外線輻射。
接著可以使用影像感測器9來同時地或交替地獲得： 藉由例如如關於圖4所論述地驅動第一光電偵測器及第二光電偵測器，由第一光電偵測器及第二光電偵測器獲得飛行時間距離估算；及 藉由例如用同步的方式驅動第三光電偵測器，由第三光電偵測器獲得彩色影像。
此其他實施例的優點是，影像感測器9因此能夠在彩色影像上疊加由飛行時間距離估算所造成的資訊。可以因此想像影像感測器9的操作的實施模式，該影像感測器例如能夠產生對象的彩色影像且在其中對於彩色影像的每個像素而言均包括代表將影像感測器9與對象的由考慮的像素所表示的區域分離的距離的資訊。換言之，影像感測器9可以形成物體的表面、面部、或場景等等的三維影像。
已經描述了各種實施例、實施模式、及變型。本領域中的技術人員將瞭解，可以結合這些各種實施例、實施模式、及變型的某些特徵，且本領域中的技術人員將想到其他的變型。
最後，基於上文給定的功能指示，所述的實施例、實施模式、及變型的實際實施方式是在本領域中的技術人員的能力之內的。詳細而言，基於以上指示，將影像感測器5到9的讀出電路的驅動調適於其他的操作模式（例如用於在有或沒有添加的光的情況下形成紅外線影像、在背景抑制的情況下形成影像、及形成高動態範圍影像（同時HDR））是在本領域中的技術人員的能力之內的。
5:影像感測器 8:CMOS支撐件 9:影像感測器 43:鈍化層 50:像素 52:像素 54:像素 56:像素 58:微透鏡 60:讀出電路 80:上表面 90:有機光電偵測器 92:有機光電偵測器 94:有機光電偵測器 96:有機光電偵測器 200:電晶體 202:電晶體 204:終端 210:電晶體 520:第一層 524:第二層 526:第三層 528:包覆 530:第五層 531:第八層 532:第六層 533:第九層 534:第七層 535:第十層 536:第四電極 538:層 5300:層530的部分 5302:層530的部分 5360:第四電極 5362:第四電極 5380:層538的部分 5382:層538的部分 206A:終端 206B:終端 206C:終端 206D:終端 208A:第一導電軌路 208B:第二導電軌路 208C:第三導電軌路 208D:第四導電軌路 209A:第一電流源 209B:第二電流源 209C:第三電流源 209D:第四電流源 41B:濾色器 41G:濾色器 41R:濾色器 500A:第一活性層 500B:第一活性層 500C:第二活性層 502A:第一電極 502B:第一電極 502C:第一電極 502D:第一電極 504A:上部電極 504B:上部電極 504C:上部電極 504D:上部電極 508C:介電體 50A:第一光電偵測器 50B:第二光電偵測器 50C:第三光電偵測器 50D:第三光電偵測器 520A:活性層 520C:活性層 522A:下部電極 522C:下部電極 524A:上部電極 524B:上部電極 524C:上部電極 524D:上部電極 526A:第三層526的第一部分 526C:第三層526的第二部分 528C:包覆 52A:第一光電偵測器 52B:第二光電偵測器 52C:第三光電偵測器 52D:第三光電偵測器 531A:第八層531的部分 535C:第十層535的部分 540B:活性層 540C:活性層 540D:活性層 542B:第一電極 542C:第一電極 542D:第一電極 544A:第二電極 544B:上部電極 544C:上部電極 544D:上部電極 54A:第一光電偵測器 54B:第二光電偵測器 54C:第三光電偵測器 54D:第三光電偵測器 560B:活性層 560D:活性層 562B:第一電極 562D:第一電極 564A:第二電極 564B:第三電極 564C:第二電極 564D:上部電極 56A:第一光電偵測器 56B:第二光電偵測器 56C:第三光電偵測器 56D:第三光電偵測器 60A:第一讀出電路 60B:第二讀出電路 60C:第三讀出電路 60D:第四讀出電路 82A:接觸構件 82C:接觸構件 CCA:第一電荷收集階段 CCB:第二電荷收集階段 FD_1A:節點 FD_1B:節點 FD_1C:節點 FD_1D:節點 ITA:第一累積階段 ITB:第二累積階段 OPD:有機光電偵測器 RESET:重設階段 RST:訊號 RT:讀出階段 SEL_R1:訊號 SEL_R2:訊號 tD:時間段 tON:持續時間 VFD_1A:電勢 VFD_1B:電勢 Vpix:電勢 Vrst:電勢 Vtop_C1:電勢 Vtop_C2:電勢 Vtop_C3:電勢 Vtop_C4:電勢
將與附圖結合在以下具體實施例及實施模式的非限制性說明中詳細論述本發明的上述的及其他的特徵及優點，在該等附圖中：
圖1是影像感測器的實施例的部分簡化分解透視圖；
圖2是圖1的影像感測器的部分簡化俯視圖；
圖3是圖1及2的影像感測器的像素的讀出電路的實施例的電氣圖；
圖4是具有圖3的讀出電路的影像感測器的操作的示例的訊號的時序圖；
圖5是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的步驟的部分簡化橫截面圖；
圖6是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖7是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖8是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖9是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖10是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖11是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖12是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖13是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖14是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖15是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖16是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖17是沿著圖1及2的影像感測器的平面CC的部分簡化橫截面圖；
圖18在視圖(A)、(B)、及(C)中繪示圖1及2的影像感測器的電極的實施例；
圖19是形成圖1及2的影像感測器的方法的另一個實施模式的步驟的部分簡化橫截面圖；
圖20是形成圖1及2的影像感測器的方法的另一個實施模式的另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖21是形成圖1及2的影像感測器的方法的另一個實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖22是形成圖1及2的影像感測器的方法的另一個實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖23是形成圖1及2的影像感測器的方法的另一個實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；
圖24是形成圖1及2的影像感測器的方法的實施模式的又另一個步驟的部分簡化橫截面圖；及
圖25是影像感測器的另一個實施例的部分簡化橫截面圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
5:影像感測器
8:CMOS支撐件
50:像素
52:像素
54:像素
56:像素
58:微透鏡
500B:第一活性層
500C:第二活性層
502B:第一電極
502C:第一電極
504B:上部電極
504C:上部電極
50A:第一光電偵測器
50B:第二光電偵測器
50C:第三光電偵測器
50D:第三光電偵測器
52A:第一光電偵測器
52B:第二光電偵測器
52C:第三光電偵測器
52D:第三光電偵測器
540B:活性層
540C:活性層
540D:活性層
542B:第一電極
542C:第一電極
542D:第一電極
544B:上部電極
544C:上部電極
544D:上部電極
54A:第一光電偵測器
54B:第二光電偵測器
54C:第三光電偵測器
54D:第三光電偵測器
560B:活性層
560D:活性層
562B:第一電極
562D:第一電極
564B:第三電極
564D:上部電極
56A:第一光電偵測器
56B:第二光電偵測器
56C:第三光電偵測器
56D:第三光電偵測器

Claims (18)

  1. 一種像素（50、52、54、56），包括： 一CMOS支撐件（8）；及 至少兩個有機光電偵測器（50A、50B、50C、50D、52A、52B、52C、52D、54A、54B、54C、54D、56A、56B、56C、56D）， 其中相同的一透鏡（58）在垂直方向上與所述有機光電偵測器成一直線。
  2. 如請求項1所述的像素，其中所述有機光電偵測器（50A、50B、50C、50D、52A、52B、52C、52D、54A、54B、54C、54D、56A、56B、56C、56D）是共面的。
  3. 如請求項1所述的像素，其中所述有機光電偵測器（50A、50B、50C、50D、52A、52B、52C、52D、54A、54B、54C、54D、56A、56B、56C、56D）彼此被一介電體（528、508C、528C）分離。
  4. 如請求項1所述的像素，其中每個有機光電偵測器（50A、50B、50C、50D、52A、52B、52C、52D、54A、54B、54C、54D、56A、56B、56C、56D）均包括一第一電極（502A、502B、502C、502D、522A、522B、522C、522D、542A、542B、542C、542D、562A、562B、562C、562D），該第一電極與其他有機光電偵測器的第一電極分離且形成於該CMOS支撐件（8）的表面（80）處。
  5. 如請求項4所述的像素，其中每個第一電極（502A、502B、502C、502D、522A、522B、522C、522D、542A、542B、542C、542D、562A、562B、562C、562D）均耦接到或優選地連接到一讀出電路（60A、60B、60C、60D），每個讀出電路均優選地包括形成於該CMOS支撐件（8）中的三個電晶體（200、202、210）。
  6. 如請求項1所述的像素，其中所述有機光電偵測器（50A、50B、50C、50D、52A、52B、52C、52D、54A、54B、54C、54D、56A、56B、56C、56D）能夠藉由飛行時間來估算一距離。
  7. 如請求項1所述的像素，能夠如下操作： 在紅外線光譜的一部分中操作； 在結構光中操作； 在高動態範圍成像（HDR）中操作；及/或 在背景抑制的情況下操作。
  8. 如請求項1所述的像素，其中每個像素（50、52、54、56）均確切地包括： 一第一有機光電偵測器（50A、52A、54A、56A）； 一第二有機光電偵測器（50B、52B、54B、56B）；及 兩個第三有機光電偵測器（50C、50D、52C、52D、54C、54D、56C、56D）。
  9. 如請求項8所述的像素，其中該第一有機光電偵測器（50A、52A、54A、56A）、該第二有機光電偵測器（50B、52B、54B、56B）、及該第三有機光電偵測器（50C、50D、52C、52D、54C、54D、56C、56D）是方形的且共同內接於一方形內。
  10. 如請求項8所述的像素，其中： 該第一有機光電偵測器（50A、52A、54A、56A）連接到一第二電極（504A、524A、544A、564A）； 該第二有機光電偵測器（50B、52B、54B、56B）連接到一第三電極（504B、524B、544B、564B）；及 該等第三有機光電偵測器（50C、50D、52C、52D、54C、54D、56C、56D）連接到相同的一第四電極（536、5360、5362）。
  11. 如請求項8所述的像素，其中： 該第一有機光電偵測器（50A、52A、54A、56A）及該第二有機光電偵測器（50B、52B、54B、56B）包括由相同的一第一材料製成的一第一活性層（500A、520A、540A、560A、500B、520B、540B、560B）；及 該等第三有機光電偵測器（50C、50D、52C、52D、54C、54D、56C、56D）包括由一第二材料製成的一第二活性層（500C、520C、540C、560C、500D、520D、540D、560D）。
  12. 如請求項11所述的像素，其中該第一材料與該第二材料相同，所述材料能夠吸收可見光譜的電磁波及紅外線光譜的一部分的電磁波。
  13. 如請求項11所述的像素，其中該第一材料與該第二材料不同，所述第一材料能夠吸收紅外線光譜的一部分的電磁波，而所述第二材料能夠吸收可見光譜的電磁波。
  14. 一種影像感測器（5；9），包括複數個如請求項1所述的像素（50、52、54、56）。
  15. 如請求項14所述的影像感測器，其中每個像素（50、52、54、56）在該透鏡（58）下方均更包括一濾色器（41R、41G、41B），該濾色器給可見光譜及紅外線光譜中的一頻率範圍中的電磁波讓路。
  16. 如請求項15所述的影像感測器，能夠捕捉一彩色影像。
  17. 如請求項14所述的感測器，其中： 該第二電極（504A、524A、544A、564A）由該感測器（5；9）的該等像素（50、52、54、56）的所有該第一有機光電偵測器（50A、52A、54A、56A）所共有； 該第三電極（504B、524B、544B、564B）由該感測器的該等像素的所有該等第二有機光電偵測器（50B、52B、54B、56B）所共有；及 該第四電極（536、5360、5362）由該感測器的該等像素的所有該等第三有機光電偵測器（50C、50D、52C、52D、54C、54D、56C、56D）所共有。
  18. 一種製造如請求項1所述的像素的方法，該方法包括以下步驟： 提供該CMOS支撐件（8）； 形成所述兩個有機光電偵測器（50A、50B、50C、50D、52A、52B、52C、52D、54A、54B、54C、54D、56A、56B、56C、56D）；及 在垂直方向上與該像素的該等有機光電偵測器成一直線地形成該透鏡（58）。
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