TWI458348B - 具有改良的光二極體區域配置之互補金氧半導體影像感測器 - Google Patents

具有改良的光二極體區域配置之互補金氧半導體影像感測器 Download PDF

Info

Publication number
TWI458348B
TWI458348B TW100119428A TW100119428A TWI458348B TW I458348 B TWI458348 B TW I458348B TW 100119428 A TW100119428 A TW 100119428A TW 100119428 A TW100119428 A TW 100119428A TW I458348 B TWI458348 B TW I458348B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
pixel
color
pixels
macro
array
Prior art date
Application number
TW100119428A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201208368A (en
Inventor
Duli Mao
Hsin Chih Tai
Vincent Venezia
Yin Qian
Howard E Rhodes
Original Assignee
Omnivision Tech Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omnivision Tech Inc filed Critical Omnivision Tech Inc
Publication of TW201208368A publication Critical patent/TW201208368A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI458348B publication Critical patent/TWI458348B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/10—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof for generating image signals from different wavelengths
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/702—SSIS architectures characterised by non-identical, non-equidistant or non-planar pixel layout

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Description

具有改良的光二極體區域配置之互補金氧半導體影像感測器
本發明大體上係關於影像感測器，且詳言之但非排他地，係關於CMOS影像感測器的改良之光二極體區域分配。
影像感測器已變得普遍存在。影像感測器廣泛地用在數位靜態相機、蜂巢式電話及安全相機以及醫學、汽車及其他應用中。用以製造影像感測器(且詳言之，互補金氧半導體(「CMOS」)影像感測器(「CIS」))之技術已持續大步前進。舉例而言，對較高解析度及較低電力消耗之需求已鼓勵了此等影像感測器之進一步小型化及整合。小型化亦有助於影像感測器之成本降低。
大小及影像品質特別重要之一個應用領域為醫學應用(例如，內視鏡)。對於醫學應用而言，影像感測器晶片通常必須小，同時提供高品質影像。為了達成此等特性，對於給定晶片大小，感光孔徑應儘可能地大，而周邊電路應儘可能地有限。
像素(像元)填充因數表示像素之對光敏感之區域的分率。像素間距為一成像器件中像素之間的實體距離。像素填充因數已隨著像素間隔減小而變小，此係因為主動電路元件及金屬互連件消耗每一像素中增加量之區域。解決填充因數損失之一個方法為在每一像素正上方使用微尺度透鏡(微透鏡)來直接朝向像素內之區域之感光部分聚焦光。解決填充因數損失之另一種方法為使用背照式(「BSI」)影像感測器，該等影像感測器將主動像素電路元件及金屬互連件置放於影像感測器晶粒之正面上，且將感光元件置放於基板內、面向影像感測器晶粒之背面。對於BSI影像感測器，光子吸收大半發生在背面矽表面附近。然而，在同一矽區域上提供較大之個別像素區域的解決方案將改良BSI影像感測器以及前照式影像感測器。
參看以下圖式描述本發明之非限制性及非詳盡實施例，在以下圖式中，除非另有指明，否則貫穿各個視圖，相同參考數字指代相同部分。
本文中描述具有改良之光二極體區域分配的影像感測器之裝置、方法及系統的實施例。在以下描述中，陳述眾多具體細節以提供對該等實施例之透徹理解。然而，熟習相關技術者將認識到，本文中所描述之技術可在無該等具體細節中之一或多者的情況下加以實踐或以其他方法、組件、材料等來加以實踐。在其他情況下，不詳細展示或描述熟知結構、材料或操作以避免混淆某些態樣。
遍及本說明書對「一實施例」之參考意謂結合該實施例所描述之特定特徵、結構或特性包括於本發明之至少一實施例中。因此，在本說明書全文各處之片語「在一實施例中」的出現未必均指同一實施例。此外，可在一或多個實施例中以任何合適方式組合特定特徵、結構或特性。
圖1說明CMOS影像感測器100之一實施例，其包括彩色像素陣列105、讀出電路110、功能邏輯115及控制電路120。彩色像素陣列105為具有X數目個像素行及Y數目個像素列之成像感測器或像素(例如，像素P1、P2、...、Pn)之二維(「2D」)陣列。在一實施例中，每一像素為互補金氧半導體(「CMOS」)成像像素。彩色像素陣列105可實施為前照式像素陣列或背照式影像像素陣列。如所說明，將每一像素配置成列(例如，列R1至Ry)及行(例如，行C1至Cx)以獲取人、地點或物件之影像資料，該影像資料接著可用來呈現人、地點或物件之2D影像。在每一像素已獲取其影像資料或影像電荷之後，藉由讀出電路110來讀出影像資料，且將該影像資料傳送至功能邏輯115。讀出電路110可包括放大電路、類比轉數位(「ADC」)轉換電路或其他電路。功能邏輯115可僅儲存影像資料或甚至藉由應用後期影像效果(例如，修剪、旋轉、去紅眼、調整亮度、調整對比度或其他操作)來操縱影像資料。控制電路120耦合至像素陣列105以控制彩色像素陣列105之操作特性。舉例而言，控制電路120可產生用於控制影像獲取之快門信號。
彩色像素陣列105經由使用彩色濾光器陣列(「CFA」)將色彩指派給每一像素。CFA藉由將單獨之原色之濾光器置放於像素之上來將該色彩指派給每一像素。在光子穿過某一原色之濾光器以到達像素時，僅該原色之波長將穿過。所有其他波長將被吸收。原色為由科學識別為所有其他色彩之構建塊的一組色彩。原色之實例包括紅色、綠色及藍色(常稱作RGB)及青藍色、洋紅色及黃色(常稱作CMY)。舉例而言，在RGB色彩模型中，組合變化量之紅色、綠色及藍色將產生光譜中之所有其他色彩。
已針對不同應用開發出眾多類型之CFA。CFA型樣幾乎僅包含配置成矩形X、Y型樣之相同正方形像素元素(稱作微型像素)。已提議六邊形及八邊形像素，但重複像素單元(稱作巨集像素(macropixel))常見為以四個成一群。在大多數數位相機影像感測器中，最風行之CFA為貝式型樣。使用具有交替濾光器列之棋盤形型樣，拜耳(Bayer)型樣所具有之綠色像素為紅色或藍色像素之兩倍，且其按交替列來配置，亦即，紅色楔入綠色之間且藍色楔入綠色之間。此型樣利用了人眼將綠色照度視為界定銳度方面之最強影響的偏好。另外，拜耳型樣產生相同影像，而無關於您怎樣拿著相機-在風景模式下或在人像模式下。
圖2為說明像素陣列105內之兩個四電晶體(「4T」)像素之像素電路200的實施例的電路圖。像素電路200表示用於實施圖1之彩色像素陣列105內之每一像素的一個可能架構，但本發明之實施例不限於4T像素架構；實情為，受益於本發明之一般熟習此項技術者將理解，當前教示亦適用於3T設計、5T設計及各種其他像素架構。在圖2中，像素Pa及Pb配置成兩列及一行。每一像素電路200之所說明實施例包括一感光元件PD、一傳送電晶體T1、一重設電晶體T2、一源極隨耦器(「SF」)電晶體T3及一選擇電晶體T4。在每一像素之操作期間，傳送電晶體T1接收一傳送信號TX，該傳送信號TX將感光元件PD中累積之電荷傳送至浮動擴散節點FD。重設電晶體T2耦合於電力軌VDD與浮動擴散節點FD之間以在重設信號RST之控制下重設FD(例如，對FD放電或充電至預設電壓)。浮動擴散節點FD經耦合以控制SF電晶體T3之閘極。SF電晶體T3耦合於電力軌VDD與選擇電晶體T4之間。SF電晶體T3用作提供自像素輸出之高阻抗的源極隨耦器。最後，選擇電晶體T4在選擇信號SEL之控制下選擇性地將像素電路200之輸出耦合至讀出行線。在像素陣列105之一實施例中，TX信號、RST信號及SEL信號係由控制電路120產生。
圖3展示像素陣列105之一部分300及包括四個像素(下文稱作「微型像素」以將其與巨集像素區分開)之拜耳型樣巨集像素310。拜耳型樣巨集像素位於具有均一之X及Y間隔距離Ip 的像素陣列內。在所說明之實施例中，巨集像素310內之每一微型像素佔據實質上相同之光收集區域-亦即，每一微型像素實質上佔據巨集像素之光收集區域之25%。拜耳型樣巨集像素為用於將紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)彩色濾光器配置於感光元件陣列之上的彩色濾光器陣列(CFA)的重複單元。當讀出拜耳型樣像素陣列的電荷時，按順序逐行地記錄色彩。一行可為BGBGBG，跟著係一行GRGRGR等等。此情形稱作順序RGB。
任一成像系統之一重要態樣為信雜比(SNR)。信雜比可隨著像素小型化而變小，此係因為在收集區域變小時雜訊位準可保持相同而信號變小。可使用增益來提昇輸出信號，但任何此種增益元件將增加雜訊以及信號，此係因為放大電路自身亦產生雜訊(例如，藉由組件產生之詹森雜訊(Johnson noise))。在先前技術中，已嘗試藉由改良彩色像素之SNR來改良彩色影像品質，且尤其習知上產生較少信號之彼等色彩。RGB型彩色影像感測器中之像素通常對不同色彩具有變化之響應。對於具有實質上相等之光收集區域的像素而言，來自紅色像素(Vr)、綠色像素(Vg)及藍色像素(Vb)之信號之間的比通常在2.5 Vb:1.5 Vr:1.0 Vg之粗略比率中，意謂藍色像素產生比綠色像素小2.5倍之信號，且紅色像素產生比綠色像素小1.5倍之信號。因此，對於給定之像素區域，藍色像素產生最小信號，綠色像素產生最大信號，且紅色像素產生介於綠色像素與藍色像素之間某處的信號。
改良影像感測器之SNR的一個習知解決方案尋求藉由改變每一微型像素之區域以收集或多或少之光子以補償由不同色彩產生之信號的差異來等化巨集像素中之所有像素的輸出信號。由於維持或增加影像感測器解析度為重要的，因此微型像素間距必須保持相同或減小。在彼種情況下，在巨集像素之組成中給不同色彩之巨集像素區域分配可自相等分配改變。舉例而言，美國專利第6,137,100號將最大光收集區域分配給藍色，因為其產生最低信號位準。將最少光收集區域分配給產生最高信號位準之綠色。
圖4A展示包括具有四個微型像素之拜耳型樣巨集像素410的實施例的像素陣列之部分400。拜耳型樣巨集像素位於具有相同之均一X及Y間隔距離Ip 的像素陣列內，如圖3中所展示。與巨集像素310(其中給每一微型像素實質上分配了巨集像素之光收集區域的25%)相比，巨集像素410將巨集像素之光收集區域的不同部分分配給不同色彩。所說明之實施例將巨集像素之光收集區域的約30%分配給兩個綠色微型像素中之每一者，且將各自約20%分配給藍色及紅色微型像素。其他實施例可以不同方式分配巨集像素之光收集區域。舉例而言，在其他實施例中，綠色像素可各自佔據介於約20%與約40%之間的巨集像素之光收集區域，藍色像素可佔據介於約10%與約30%之間的光收集區域，且紅色像素可佔據介於約10%與約30%之間的光收集區域。在一些實施例中，綠色微型像素可具有實質上相同之光收集區域分配，且藍色及紅色微型像素可具有實質上相等但小於綠色微型像素之分配，但在其他實施例中，情況無需如此。
一像素陣列之包括諸如巨集像素410之巨集像素的實施例之一目標為藉由以分配給藍色及紅色之收集區域為代價增加分配給綠色之收集區域來改良SNR。此配置利用了人眼將綠色照度視為界定銳度方面之最強影響的偏好。另外，此配置產生相同影像，而無關於您怎樣拿著相機-在風景模式下或在人像模式下。此解決方案尤其有利於具有最小像素大小的要求高解析度及高SNR的應用(其中彩色精確度具有較低優先權)。此等應用可見於汽車、安全或機器視覺系統中。
圖4B說明包括巨集像素435之一替代實施例的像素陣列之一部分425。巨集像素435在許多方面類似於巨集像素410。巨集像素410與435之間的主要差異在於綠色微型像素之形狀。在給綠色微型像素指派大到使其隅角重疊的巨集像素光收集區域之一比例的實施例中，可使其形狀為八邊形的(如所說明)以維持綠色像素之間的隔離量測值。
圖4C說明具有巨集像素460之另一替代實施例的像素陣列之一部分450。巨集像素460在許多方面類似於巨集像素410及435。巨集像素460與巨集像素410及425之間的主要差異在於所使用之原色：巨集像素410及435使用紅色、綠色及藍色作為原色，而巨集像素460改為使用洋紅色、黃色及青藍色。洋紅色、黃色及青藍色為可用以產生彩色影像的一組常見之替代原色。如同RGB色彩組，對於相同像素區域，洋紅色、黃色及青藍色產生不同信號位準：黃色產生最大信號，洋紅色產生最小信號，且青藍色產生介於黃色與洋紅色之間的信號。因此，類似於巨集像素410，巨集像素460將巨集像素之光收集的約30%分配給兩個黃色微型像素中之每一者，且將各自約20%分配給洋紅色及青藍色微型像素。
如同巨集像素410及435，巨集像素460之其他實施例可以不同方式分配巨集像素之光收集區域。舉例而言，在其他實施例中，黃色像素可各自佔據介於約20%與約40%之間的巨集像素之光收集區域，洋紅色像素可佔據介於約10%與約30%之間的光收集區域，且青藍色像素可佔據介於約10%與約30%之間的光收集區域。在一些實施例中，兩黃色微型像素可具有實質上相同之光收集區域分配，且洋紅色及青藍色微型像素可具有實質上相等但小於黃色微型像素之分配，但在其他實施例中，情況無需如此。如在巨集像素435中，在給巨集像素460中之黃色微型像素指派大到使其隅角重疊的巨集像素光收集區域之一比例的實施例中，可使其形狀為八邊形的以維持黃色像素之間的隔離量測值。
圖5A至圖5B說明CMOS影像感測器中之一對微型像素的前照式及背照式實施例的橫截面。先前描述之巨集像素實施例可實施為如圖5A中所展示之前照式實施例或如圖5B中所展示之背照式實施例。圖5A說明在前照式CMOS影像感測器中之像素500的實施例。像素500之正面為基板502之一側，在該側上安置像素電路，且用於再分配信號之金屬堆疊504形成於該側之上。金屬層M1及M2以使得形成一光學通路之方式來經圖案化，經由該光學通路，入射於前照式像素500上之光可到達感光或光二極體(「PD」)區506。為實施彩色影像感測器，正面包括彩色濾光器508，該等彩色濾光器508各自安置在有助於將光聚焦至PD區506上的微透鏡510之下。為實施巨集像素410、435或460之實施例，每一彩色濾光器508具有適當色彩，且像素500中之每一者經定大小以具有對應於其色彩之光收集區域分配。
圖5B說明在背照式CMOS影像感測器中之像素550的實施例。如同像素500，像素550之正面為基板552之一側，在該側上安置像素電路，且用於再分配信號之金屬堆疊554形成於該側之上。背面為基板552之與正面相反之側。為實施彩色影像感測器，背面包括彩色濾光器558，該等彩色濾光器558各自安置於背面與微透鏡560之間。微透鏡560有助於將光聚焦至PD區556上。藉由照明像素550之背面，金屬堆疊554中之金屬互連線不會遮掩待成像之物件與收集區域之間的路徑，從而導致PD區556之更大信號產生。為實施巨集像素410、435或460之實施例，每一彩色濾光器558具有適當色彩，且像素550中之每一者經定大小以具有對應於其色彩之光收集區域分配。
圖6說明成像系統600之實施例。光學器件601耦合至影像感測器602以將影像聚焦至影像感測器之像素陣列604中之像素上，光學器件601可包括折射、繞射或反射光學器件或此等光學器件之組合。像素陣列604俘獲影像，且成像系統600之剩餘部分處理來自該影像之像素資料。
影像感測器602包含一像素陣列604及一信號讀取及處理電路610。像素陣列604中之像素可為前照式或背照式像素(如圖5A至圖5B中所展示)，且可分組成圖4A至圖4C中所展示之巨集像素實施例。在像素陣列604俘獲影像之操作期間，像素陣列604中之每一像素在某曝光週期期間俘獲入射光(亦即，光子)，且將所收集之光子轉換成電荷。由每一像素產生之電荷可作為類比信號被讀出，且該類比信號之特性(諸如，其電荷、電壓或電流)將表示在曝光週期期間入射於該像素上的光之強度。
在一實施例中，像素陣列604為二維的且包括配置成列606及行608的複數個像素。所說明之像素陣列604規則地塑形，但在其他實施例中，陣列可具有不同於所展示之配置的規則或不規則配置，且可包括比所展示之像素、列及行或多或少之像素、列及行。此外，在不同實施例中，像素陣列604可為包括紅色、綠色及藍色像素之彩色影像感測器，或可為洋紅色-青藍色-黃色影像感測器。
影像感測器602包括信號讀取及處理電路610。電路610可包括有方法地自每一像素讀取類比信號、對此等信號濾波、校正有缺陷之像素等等的電路及邏輯(及其他)。在電路610僅執行一些讀取及處理功能之實施例中，該等功能中之剩餘功能可藉由一或多個其他組件(諸如，信號調節器612或DSP 616)來執行。儘管在圖式中展示為與像素陣列604分離之元件，但在一些實施例中，讀取及處理電路610可與像素陣列604整合在同一基板上，或可包含嵌入於像素陣列內之電路及邏輯。然而，在其他實施例中，如圖式中所展示，讀取及處理電路610可為在像素陣列604外之元件。在其他實施例中，讀取及處理電路610可為不僅在像素陣列604外且亦在影像感測器602外的元件。
信號調節器612耦合至影像感測器602以接收並調節來自像素陣列604及讀取及處理電路610之類比信號。在不同實施例中，信號調節器612可包括用於調節類比信號之各種組件。可見於信號調節器中之組件的實例包括濾波器、放大器、偏移電路、自動增益控制等。在信號調節器612僅包括此等元件中之一些且僅執行一些調節功能之實施例中，剩餘功能可藉由一或多個其他組件(諸如，電路610或DSP 616)來執行。類比轉數位轉換器(ADC)614耦合至信號調節器612以自信號調節器612接收對應於像素陣列604中之每一像素的經調節之類比信號，且將此等類比信號轉換成數位值。
數位信號處理器(DSP)616耦合至類比轉數位轉換器614以自ADC 614接收經數位化之像素資料，且處理該數位資料以產生最終數位影像。DSP 616可包括處理器及內部記憶體，DSP 616可在該記憶體中儲存並擷取資料。在影像由DSP 616處理之後，其可輸出至儲存單元618(諸如，快閃記憶體或光學或磁性儲存單元)及顯示單元620(諸如，LCD螢幕)中之一者或兩者。
本發明之所說明實施例之以上描述(包括在摘要中所描述之內容)不意欲為詳盡的或將本發明限於所揭示之精確形式。如熟習相關技術者將認識到，雖然在本文中出於說明性目的而描述本發明之具體實施例及實例，但在本發明之範疇內各種修改係可能的。
可根據以上詳細描述而對本發明進行此等修改。在以下申請專利範圍中所使用之術語不應被理解為將本發明限於本說明書中所揭示之具體實施例。實情為，本發明之範疇將完全藉由以下申請專利範圍確定，以下申請專利範圍將根據請求項解釋之既定準則加以理解。
100．．．CMOS影像感測器
105．．．彩色像素陣列
110．．．讀出電路
115．．．功能邏輯
120．．．控制電路
200．．．像素電路
300．．．像素陣列之一部分
310．．．拜耳型樣巨集像素
400．．．像素陣列之部分
410．．．拜耳型樣巨集像素
425．．．像素陣列之一部分
435．．．巨集像素
450．．．像素陣列之一部分
460．．．巨集像素
500．．．像素
502．．．基板
504．．．金屬堆疊
506．．．感光或光二極體(「PD」)區
508．．．彩色濾光器
510．．．微透鏡
550．．．像素
552．．．基板
554．．．金屬堆疊
556．．．光二極體(「PD」)區
558．．．彩色濾光器
560．．．微透鏡
600．．．成像系統
601．．．光學器件
602．．．影像感測器
604．．．像素陣列
606．．．列
608．．．行
610．．．信號讀取及處理電路
612．．．信號調節器
614．．．類比轉數位轉換器
616．．．數位信號處理器
618．．．儲存單元
620．．．顯示單元
C1-Cx．．．行
FD．．．浮動擴散節點
M1．．．金屬層
M2．．．金屬層
P1-Pn．．．像素
Pa．．．像素
Pb．．．像素
PD．．．感光元件
R1-Ry．．．列
SF．．．源極隨耦器
T1．．．傳送電晶體
T2．．．重設電晶體
T3．．．源極隨耦器電晶體
T4．．．選擇電晶體
VDD．．．電力軌
圖1為CMOS影像感測器之方塊圖。
圖2為習知CMOS影像感測器內之兩個4T像素之像素電路的電路圖。
圖3為展示像素分組成巨集像素區塊之拜耳型樣像素陣列的示意性表示。
圖4A為包括拜耳型樣巨集像素區塊之像素陣列的實施例之示意性表示。
圖4B為包括拜耳型樣巨集像素區塊之替代實施例的像素陣列之示意性表示。
圖4C為包括巨集像素區塊之另一替代實施例的像素陣列之示意性表示。
圖5A為一對前照式像素之橫截面圖。
圖5B為一對背照式像素之橫截面圖。
圖6為根據本發明之包括具有巨集像素區塊之像素陣列的成像系統之實施例的方塊圖。
425．．．像素陣列之一部分
435．．．巨集像素

Claims (19)

  1. 一種用於感測一影像之裝置，該裝置包含：一像素陣列，其包含形成於一基板上之複數個四邊形巨集像素，每一巨集像素包含四個像素，其中該四個像素包括：處於相對隅角中之一對第一像素，其中該等第一像素之每一者包括用於一第一色彩之一彩色濾光器，該第一色彩為像素最敏感之色彩，及處於相對隅角中之一第二像素及一第三像素，其中：該第二像素包括用於一第二色彩之一彩色濾光器，該第二色彩為該等像素最不敏感之色彩，及該第三像素包括用於一第三色彩之一彩色濾光器，該第三色彩為像素具有介於最不敏感與最敏感之間的一敏感性的色彩，其中該等第一像素各自比該第二像素或該第三像素佔據該巨集像素之光收集區域的一較大比例，使得該等第一像素實質上各自佔據介於20%與40%之間的該巨集像素之該光收集區域，該第二像素實質上佔據介於10%與20%之間的該巨集像素之該光收集區域，且該第三像素實質上佔據介於10%與20%之間的該巨集像素之該光收集區域。
  2. 如請求項1之裝置，其中該等第一像素實質上各自佔據該巨集像素之該光收集區域的30%，該第二像素實質上 佔據該巨集像素之該光收集區域的20%，且該第三像素實質上佔據該巨集像素之該光收集區域的20%。
  3. 如請求項1之裝置，其中該第一色彩為綠色，該第二色彩為藍色，且該第三色彩為紅色。
  4. 如請求項1之裝置，其中該第一色彩為黃色，該第二色彩為洋紅色，且該第三色彩為青藍色。
  5. 如請求項1之裝置，其中該對第一像素具有為八邊形之一形狀。
  6. 如請求項1之裝置，其中該等第一像素、該第二像素及該第三像素形成於該基板之正面上，且用於該第一色彩、該第二色彩及該第三色彩之該等濾光器形成於該基板之該正面上。
  7. 如請求項1之裝置，其中該等第一像素、該第二像素及該第三像素形成於該基板之該正面上，且該第一彩色濾光器、該第二彩色濾光器及該第三彩色濾光器形成於該基板之背面上。
  8. 如請求項1之裝置，其進一步包含耦合至該像素陣列之該等像素的控制電路或讀出電路。
  9. 如請求項8之裝置，其中該控制電路可對於該像素陣列內之每一像素產生一傳送(TX)信號、一重設(RST)信號及一選擇信號中之一或多者。
  10. 一種用於感測一影像之系統，該系統包含：一影像感測器，其形成於一基板中，其中該影像感測器具有包括複數個四邊形巨集像素之一像素陣列，每一 巨集像素包含四個像素，其中該四個像素包含：處於相對隅角中之一對第一像素，其中該等第一像素之每一者包括用於一第一色彩之一彩色濾光器，該第一色彩為像素最敏感之色彩，及處於相對隅角中之一第二像素及一第三像素，其中：該第二像素包括用於一第二色彩之一彩色濾光器，該第二色彩為該等像素最不敏感之色彩，及該第三像素具有用於一第三色彩之一濾光器，該第三色彩為像素具有介於最不敏感與最敏感之間的一敏感性的色彩，其中該等第一像素各自比該第二像素或該第三像素佔據該巨集像素之光收集區域之一較大比例，使得該等第一像素實質上各自佔據介於20%與40%之間的該巨集像素之該光收集區域，該第二像素實質上佔據介於10%與30%之間的該巨集像素之該光收集區域，且該第三像素實質上佔據介於10%與30%之間的該巨集像素之該光收集區域；及控制電路及處理電路，其耦合至該影像感測器以讀出並處理來自該像素陣列之一信號。
  11. 如請求項10之系統，其中該等第一像素實質上各自佔據該巨集像素之該光收集區域的30%，該第二像素實質上佔據該巨集像素之該光收集區域的20%，且該第三像素實質上佔據該巨集像素之該光收集區域的20%。
  12. 如請求項10之系統，其中該第一色彩為綠色，該第二色彩為藍色，且該第三色彩為紅色。
  13. 如請求項10之系統，其中該第一色彩為黃色，該第二色彩為洋紅色，且該第三色彩為青藍色。
  14. 如請求項10之系統，其中該對第一像素具有為八邊形之一形狀。
  15. 如請求項10之系統，其中該等第一像素、該第二像素及該第三像素形成於該像素陣列之正面上，且用於該第一色彩、該第二色彩及該第三色彩之該等濾光器形成於該像素陣列之該正面上。
  16. 如請求項10之系統，其中該等第一像素、該第二像素及該第三像素形成於該像素陣列之該正面上，且該第一彩色濾光器、該第二彩色濾光器及該第三彩色濾光器形成於該像素陣列之背面上。
  17. 如請求項10之系統，其進一步包含耦合至該處理電路之一類比轉數位轉換器(ADC)。
  18. 如請求項17之系統，其中該處理電路包括耦合至該ADC之一數位信號處理器。
  19. 如請求項10之系統，其中每一像素進一步包含：一光偵測器，其形成於該基板中；一浮動擴散區，其形成於該基板中；及一傳送閘，其形成於該基板上介於一光偵測器與該浮動擴散區之間。
TW100119428A 2010-07-16 2011-06-02 具有改良的光二極體區域配置之互補金氧半導體影像感測器 TWI458348B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/837,870 US8405748B2 (en) 2010-07-16 2010-07-16 CMOS image sensor with improved photodiode area allocation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201208368A TW201208368A (en) 2012-02-16
TWI458348B true TWI458348B (zh) 2014-10-21

Family

ID=45466677

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW100119428A TWI458348B (zh) 2010-07-16 2011-06-02 具有改良的光二極體區域配置之互補金氧半導體影像感測器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8405748B2 (zh)
CN (1) CN102339839B (zh)
TW (1) TWI458348B (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102012810B1 (ko) 2011-05-12 2019-08-21 디퍼이 신테스 프로덕츠, 인코포레이티드 이미징 센서 및 이미징 센서에 대한 데이터를 액세스하는 방법
KR101975028B1 (ko) * 2012-06-18 2019-08-23 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102143807B1 (ko) 2012-07-26 2020-08-31 디퍼이 신테스 프로덕츠, 인코포레이티드 최소 영역 모노리식 cmos 이미지 센서를 가진 카메라 시스템
US9172892B2 (en) * 2012-09-14 2015-10-27 Semiconductor Components Industries, Llc Imaging systems with image pixels having varying light collecting areas
AU2014223163A1 (en) 2013-02-28 2015-08-20 Olive Medical Corporation Videostroboscopy of vocal chords with CMOS sensors
CN105228503B (zh) 2013-03-15 2017-11-07 德普伊新特斯产品公司 最小化内窥镜应用中图像传感器输入/输出和导体的数量
BR112015023206A2 (pt) 2013-03-15 2017-08-22 Olive Medical Corp Sincronização de sensor de imagem sem temporizador de entrada e temporizador de transmissão de dados
EP2982289A4 (en) * 2013-05-29 2016-10-05 ENDOSCOPE SYSTEM
US20150054997A1 (en) * 2013-08-23 2015-02-26 Aptina Imaging Corporation Image sensors having pixel arrays with non-uniform pixel sizes
US9147704B2 (en) * 2013-11-11 2015-09-29 Omnivision Technologies, Inc. Dual pixel-sized color image sensors and methods for manufacturing the same
CN103928483A (zh) * 2014-04-22 2014-07-16 北京思比科微电子技术股份有限公司 提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器像素结构
CN103928484A (zh) * 2014-04-22 2014-07-16 北京思比科微电子技术股份有限公司 提高红色和蓝色像素灵敏度的图像传感器微透镜结构
KR102189675B1 (ko) 2014-04-30 2020-12-11 삼성전자주식회사 광 이용 효율이 향상된 이미지 센서
KR102159166B1 (ko) * 2014-05-09 2020-09-23 삼성전자주식회사 색분리 소자 및 상기 색분리 소자를 포함하는 이미지 센서
US9369681B1 (en) 2014-11-25 2016-06-14 Omnivision Technologies, Inc. RGBC color filter array patterns to minimize color aliasing
US9736405B2 (en) * 2015-01-29 2017-08-15 Altasens, Inc. Global shutter image sensor having extremely fine pitch
WO2017039038A1 (ko) * 2015-09-04 2017-03-09 재단법인 다차원 스마트 아이티 융합시스템 연구단 다중 필팩터가 적용된 이미지 센서
US9716868B1 (en) * 2016-03-03 2017-07-25 Omnivision Technologies, Inc. Color filter including diamond-shaped pixels
US20180301484A1 (en) * 2017-04-17 2018-10-18 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with high dynamic range and autofocusing hexagonal pixels
US11638517B2 (en) * 2019-01-17 2023-05-02 Stryker Corporation Systems and methods for medical imaging using a rolling shutter imager
CN110312088B (zh) * 2019-06-10 2021-11-16 Oppo广东移动通信有限公司 一种像素单元电路及图像处理方法、存储介质
CN110324540A (zh) * 2019-06-10 2019-10-11 芯盟科技有限公司 一种图像传感器、图像传感器的形成方法及电子设备
CN110336964B (zh) * 2019-06-11 2022-03-25 Oppo广东移动通信有限公司 一种cmos图像传感器及图像处理方法、存储介质
CN110782429B (zh) * 2019-09-26 2022-04-15 长沙天仪空间科技研究院有限公司 一种基于星载遥感相机的成像质量评估方法
EP4131397A4 (en) * 2020-03-27 2023-08-09 BOE Technology Group Co., Ltd. DISPLAY SUBSTRATE AND METHOD OF MAKING THEREOF, AND DISPLAY APPARATUS
JP2024502815A (ja) 2020-12-30 2024-01-23 ストライカー コーポレイション 医療用撮像におけるアーティファクトを軽減するためのシステム及び方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW404137B (en) * 1998-04-03 2000-09-01 Sarnoff Corp Method and apparatus for adaptively encoding an information stream
US20060092485A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Fuji Photo Film, Co., Ltd. Color signal correcting method, apparatus, and program
US20070034884A1 (en) * 2005-08-11 2007-02-15 Micron Technology, Inc. Pixel cells in a honeycomb arrangement
US20070127040A1 (en) * 2005-10-13 2007-06-07 Sorin Davidovici System and method for a high performance color filter mosaic array
TW200905870A (en) * 2007-07-23 2009-02-01 Visera Technologies Co Ltd Color filter arrays and image sensors using the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6137100A (en) 1998-06-08 2000-10-24 Photobit Corporation CMOS image sensor with different pixel sizes for different colors
US6867549B2 (en) * 2002-12-10 2005-03-15 Eastman Kodak Company Color OLED display having repeated patterns of colored light emitting elements
WO2006064564A1 (ja) * 2004-12-16 2006-06-22 Fujitsu Limited 撮像装置、撮像素子および画像処理方法
US7768569B2 (en) * 2006-08-17 2010-08-03 Altasens, Inc. High sensitivity color filter array

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW404137B (en) * 1998-04-03 2000-09-01 Sarnoff Corp Method and apparatus for adaptively encoding an information stream
US20060092485A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Fuji Photo Film, Co., Ltd. Color signal correcting method, apparatus, and program
US20070034884A1 (en) * 2005-08-11 2007-02-15 Micron Technology, Inc. Pixel cells in a honeycomb arrangement
US20070127040A1 (en) * 2005-10-13 2007-06-07 Sorin Davidovici System and method for a high performance color filter mosaic array
TW200905870A (en) * 2007-07-23 2009-02-01 Visera Technologies Co Ltd Color filter arrays and image sensors using the same

Also Published As

Publication number Publication date
CN102339839B (zh) 2015-01-07
US8405748B2 (en) 2013-03-26
TW201208368A (en) 2012-02-16
US20120013777A1 (en) 2012-01-19
CN102339839A (zh) 2012-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI458348B (zh) 具有改良的光二極體區域配置之互補金氧半導體影像感測器
JP7246009B2 (ja) 撮像装置
US9888194B2 (en) Array camera architecture implementing quantum film image sensors
US10334189B1 (en) HDR pixel array with double diagonal binning
US7750278B2 (en) Solid-state imaging device, method for driving solid-state imaging device and camera
US11678063B2 (en) System and method for visible and infrared high dynamic range sensing
US8581174B2 (en) Image sensor with prismatic de-multiplexing
TWI459543B (zh) 固態影像捕捉裝置及電子裝置
US10187600B2 (en) Four shared pixel with phase detection and full array readout modes
US8314866B2 (en) Imager with variable area color filter array and pixel elements
US20070153104A1 (en) Pixel array, imaging sensor including the pixel array and digital camera including the imaging sensor
US8878969B2 (en) Imaging systems with color filter barriers
US20120019695A1 (en) Image sensor having dark sidewalls between color filters to reduce optical crosstalk
JP4154165B2 (ja) 光電変換素子及びそれを用いた固体撮像装置、カメラ及び画像読み取り装置
WO2014150856A1 (en) Array camera implementing quantum dot color filters
JP2009026808A (ja) 固体撮像装置
US20130293751A1 (en) Imaging systems with separated color filter elements
TWI567963B (zh) 在彩色濾波器陣列上之光學隔離柵格
JP2007288294A (ja) 固体撮像装置およびカメラ
JP4264248B2 (ja) カラー固体撮像装置
JP2007235418A (ja) 固体撮像装置
JP2007066962A (ja) カラー固体撮像装置及びデジタルカメラ
JP2004186311A (ja) Ｍｏｓ型イメージセンサ及びデジタルカメラ
JP5094182B2 (ja) 固体撮像素子
Bruna et al. Notions about optics and sensors

Legal Events

Date Code Title Description
GD4A Issue of patent certificate for granted invention patent