[发明专利]图像感测装置

说明书

技术领域

本发明有关于一种光电装置，特别有关于一种使用次微米结构(submicron structure)的图像感测装置。

背景技术

随着光电产品诸如数码相机、数字图像记录器、具有图像拍摄功能的手机、以及监视器逐渐普及化，图像感测装置的需求也与日俱增。图像感测装置用于记录来自图像的光学信号的变化并且将光学信号转换成电子信号。在记录及处理上述电子信号之后，便可产生数字图像。而图像感测装置一般可分为二种主要类型：一种为电荷耦合装置(charge-coupled device，CCD)，而另一种为互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，CMOS)装置。

为了提高图像感测装置的性能，近期开发出侧向整合CMOS图像感测装置，其在每一像素中使用CMOS电路并以光电二极管作为光感测装置。CMOS电路可增加光敏性并减少噪声，容许缩小像素尺寸而同时能维持其功能。对于典型的侧向整合CMOS图像感测装置而言，光电二极管以及CMOS电路彼此相邻地形成于硅基板上，因而降低填充因素(fill factor)，导致光感测器的光敏性降低。如果要通过增加像素尺寸来维持其光敏性，将会使分辨率降低。

美国专利第6,709,885号揭示一种图像感测装置，其将光电二极管垂直整合制作于CMOS控制电路上方，用以增加填充因素。因此，上述的图像感测装置相较于具有相同像素尺寸的侧向整合CMOS图像感测装置而言，可具有较高的光敏性。

然而，当为了提升分辨率而缩小像素尺寸以形成更多的像素时，填充因素会降低，且因为像素之间的无效区(dead zone)增加而造成暗电流(darkcurrent)的增加，加重图像延迟效应(image lag effect)。光电二极管的无效区所指的是光电荷转换效率不佳以及因电荷载子产生热而形成暗电流的区域。因而当光线进入光电二极管时，在无效区处并没有任何信号产生。

因此，有必要寻求一种新的图像感测装置结构，其能够通过降低图像感测装置中的暗电流而减轻图像延迟效应。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种图像感测装置，其通过在装置中形成次微米结构来改变入射光行进方向，以增加光耦合效率而降低暗电流。

根据上述目的，本发明提供一种图像感测装置，其包括：基板及设置于基板上的光电二极管。基板具有像素区以及至少一个集成电路位于像素区的基板内。光电二极管包括：下电极、光电转换层、以及透明上电极。下电极设置于基板上，且电连接至集成电路。光电转换层设置于下电极上方，且该光电转换层内具有次微米结构。透明上电极设置于光电转换层上方。

如上所述的图像感测装置，其中该光电转换层包括：第一子层，具有第一导电型，且邻近该透明上电极；以及第二子层，由本征半导体材料所构成，且设置于该第一子层与该下电极之间。

如上所述的图像感测装置，其中该光电转换层还包括：第三子层，具有相反于该第一导电型的第二导电型，且设置于该第二子层与该下电极之间。

如上所述的图像感测装置，其中该次微米结构包括：多个次微米凹口，排置于该第二子层与该第三子层之间的界面。

如上所述的图像感测装置，其中该次微米结构包括：多个次微米凹口，排置于该第一子层的上表面。

如上所述的图像感测装置，其中该次微米结构包括：多个次微米凹口，排置于该第一子层与该第二子层之间的界面。

如上所述的图像感测装置，其中该次微米结构包括多个次微米凹口，所述多个次微米凹口具有不同的宽度以及不同的间距。

如上所述的图像感测装置，其中该次微米结构包括多个次微米凹口，所述多个次微米凹口的数量与该光电二极管的尺寸成正比。

如上所述的图像感测装置，其中该光电转换层由本征半导体材料所构成，且该光电转换层内具有N型或P型的掺杂区，与该透明上电极接触。

如上所述的图像感测装置，其中该次微米结构包括：多个次微米凹口，排置于该掺杂区与该透明上电极之间的界面。

如上所述的图像感测装置，其中所述多个次微米凹口对称排置于该下电极的中心线的两侧。

如上所述的图像感测装置，其中所述多个次微米凹口非对称排置于该下电极的中心线的两侧。

如上所述的图像感测装置，其中该下电极由金属所构成。

如上所述的图像感测装置，其中该透明上电极由铟锡氧化物或铟锌氧化物所构成。

如上所述的图像感测装置，其中该光电转换层由非晶硅、微晶硅、锗化硅、碲化镉、硒化镉、硫化镉、铜铟硒化物、铜铟镓硒化物、或染料敏化二氧化钛所构成。

附图说明