CN104934452B - 固态成像装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供固态成像装置，固态成像装置包含基底，其含有第一和第二光电转换元件，彩色滤光层具有第一和第二彩色滤光部件分别设置在第一和第二光电转换元件之上，遮光分隔物设置于第一与第二彩色滤光部件之间，遮光分隔物的高度低于第一和第二彩色滤光部件的高度，缓冲层设置于第一与第二彩色滤光部件之间，并且缓冲层位于遮光分隔物上方，其中缓冲层的折射率低于彩色滤光层的折射率。本公开的固态成像装置可克服固态成像装置的相邻画素像素之间的光学串音干扰问题。
Description
技术领域
本发明涉及成像装置，特别涉及具有薄化尺寸的固态成像装置。
背景技术
图像传感器已经广泛地在各种图像拍摄设备中使用，例如摄影机、数字相机等设备，一般而言，固态成像装置例如电荷耦合元件(charge coupled device；CCD)传感器或互补式金属氧化半导体(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)传感器，皆具有将光线转换成电荷的光电转换器例如光电二极管(photodiodes)，这些光电二极管形成在半导体基底例如硅晶片上，并且通过CCD型或CMOS型的读取电路得到在光电二极管中产生的光电子所对应的信号电荷。
固态成像装置可依据光线入射至光接收单元的方向大致分为两个种类，一种是前照式(front-side illuminated；FSI)成像装置，其接收入射至半导体基底正面上的光线，在半导体基底的正面上具有导线层；另一种是背照式(back-side illuminated；BSI)成像装置，其接收入射至半导体基底背面上的光线，在半导体基底的背面上无导线层。
这些前照式(FSI)与背照式(BSI)成像装置通常具有遮光层，遮光层用于阻挡像素之间的光线，以改善成像装置的灵敏度并避免混色发生。参阅第1图，其显示成像装置10的剖面示意图，成像装置10包含半导体基底11，半导体基底11具有光电二极管(未绘出)形成于其中，遮光层13形成在半导体基底11上，并且在半导体基底11上还形成绝缘层15覆盖遮光层13，此外，成像装置10还包含彩色滤光层17和微透镜19形成于绝缘层15之上。
在成像装置10中，于彩色滤光层17与半导体基底11之间设置遮光层13和绝缘层15，因此，成像装置10的总厚度无法降低。除此之外，在背照式(BSI)成像装置中，入射光线并不会穿过位于半导体基底11正面上的导电层，而是从半导体基底11背面的方向抵达位于半导体基底11中的光电二极管，由于在背照式(BSI)成像装置中入射光线的光穿透路径较短，因此，相较于前照式(FSI)成像装置，在背照式(BSI)成像装置的相邻像素之间更容易发生光学串音干扰(cross-talk)问题。
发明内容
依据本公开的实施例，可通过将遮光膜与彩色滤光层设置在相同平面上，而降低固态成像装置的总厚度。此外，依据本公开的实施例，经由遮光膜的设置方式，以及提供低折射率的缓冲层填充在相邻彩色滤光部件之间的空间内，并且缓冲层设置于遮光膜上方，其中缓冲层的折射率低于彩色滤光层的折射率，如此可克服固态成像装置的相邻像素之间的光学串音干扰问题。
在一些实施例中，提供固态成像装置，此固态成像装置包含：基底，其含有第一光电转换元件和第二光电转换元件形成于基底中；彩色滤光层，其具有第一彩色滤光部件设置于第一光电转换元件之上，以及第二彩色滤光部件设置于第二光电转换元件之上；遮光分隔物，设置于第一彩色滤光部件与第二彩色滤光部件之间，遮光分隔物的高度低于第一和第二彩色滤光部件的高度；缓冲层，设置于第一彩色滤光部件与第二彩色滤光部件之间，并且位于遮光分隔物上方，此缓冲层的折射率低于彩色滤光层的折射率；以及微透镜结构，设置于彩色滤光层之上。
在一些实施例中，提供固态成像装置，此固态成像装置包含：基底，其含有第一、第二和第三光电转换元件形成于基底中；彩色滤光层，其具有第一、第二和第三彩色滤光部件分别设置于第一、第二和第三光电转换元件之上；第一遮光分隔物设置于第一与第二彩色滤光部件之间，第二遮光分隔物设置于第二与第三彩色滤光部件之间，第一和第二遮光分隔物的高度低于彩色滤光层的高度；以及微透镜结构，设置于彩色滤光层之上，其中第二彩色滤光部件完全地覆盖第一和第二遮光分隔物，并且第二彩色滤光部件的折射率高于微透镜结构的折射率。
在一些实施例中，提供固态成像装置的制造方法，此方法包含：提供基底，其具有多个像素，每一个像素具有一个光电转换元件形成于其中；形成遮光膜于基底之上，遮光膜具有多个孔洞，每一个孔洞各自对应于一个像素；形成彩色滤光层，具有多个彩色滤光部件各自填充于每一个像素中遮光膜的个别孔洞内，并且遮光膜的高度低于彩色滤光层的高度；在相邻的这些彩色滤光部件之间形成缓冲层，并且缓冲层形成于遮光膜上方，此缓冲层的折射率低于彩色滤光层的折射率；以及在彩色滤光层之上形成微透镜结构。
在一些实施例中，提供固态成像装置的制造方法，此方法包含：提供基底，其具有多个像素，每一个像素具有一个光电转换元件形成于其中；于基底之上形成遮光膜，遮光膜具有多个孔洞，每一个孔洞各自对应于一个像素；形成彩色滤光层，其具有第一、第二和第三彩色滤光部件分别填充在位于每一个像素中遮光膜的个别孔洞内，其中第二彩色滤光部件完全地覆盖遮光膜，并且遮光膜的高度低于彩色滤光层的高度；以及形成微透镜结构于彩色滤光层之上，其中第二彩色滤光部件的折射率高于微透镜结构的折射率。
附图说明
为了让本公开的各种实施例的目的、特征、及优点能更明显易懂，以下配合所附附图作详细说明如下：
图1显示成像装置的局部剖面示意图；
图2、图4、图6、图8、图10、图12和图14显示依据本公开的一些实施例，固态成像装置的局部剖面示意图；以及
图3A-3E、图5A-5D、图7A-7B、图9A-9B、图11A-11B、图13A-13B和图15A-15B显示依据本公开的一些实施例，制造固态成像装置的工艺的各阶段的局部剖面示意图。
其中，附图标记说明如下：
10～成像装置；
11～半导体基底；
13～遮光层；
15～绝缘层；
17～彩色滤光层；
19～微透镜；
100～固态成像装置；
101～基底；
101A～基底的正面；
101B～基底的背面；
102～入射光线；
103A、103B、103C～光电转换元件；
105～高介电常数膜；
107～第一护层；
109～遮光膜；
109P～遮光分隔物；
110、112～孔洞；
111～第二护层；
113～彩色滤光层；
113R、113G、113B～彩色滤光部件；
114～低折射率材料层；
115～缓冲层；
116～微透镜材料层；
117～微透镜结构；
117ML～微透镜元件；
118～微透镜元件的上方部分；
119～突起物；
120、130～图案化步骤。
具体实施方式
参阅图2，其显示依据本公开的一些实施例，固态成像装置100的局部剖面示意图，固态成像装置100可由互补式金属氧化半导体(CMOS)图像传感器或电荷耦合元件(CCD)图像传感器形成，固态成像装置100包含基底101，例如为半导体基底，其具有正面101A和背面101B，半导体基底可以是晶圆或晶片。固态成像装置100包含多个光电转换元件形成在基底101中，光电转换元件例如为光电二极管103A、103B和103C，每一个光电二极管103A-103C各自设置在固态成像装置100的一个像素中，并且这些光电二极管互相隔离，虽然图2中仅显示出三个像素，然而实际上固态成像装置100具有数百万或更多的像素。
在一些实施例中，光电二极管103A、103B和103C形成在基底101的背面101B上，而固态成像装置100所需的各种导线和电子电路的导线层(未绘出)则形成在基底101的正面101A上。入射光线102照射在基底101的背面101B上，并且被光电二极管103A、103B和103C接收，因此，固态成像装置100也称为背照式(BSI)成像装置。在一些其他实施例中，固态成像装置100可以是前照式(FSI)成像装置，入射光线照射在基底101的正面101A上，穿透过导线层并且被光电二极管接收，因为入射光线穿透过前照式(FSI)成像装置抵达光电二极管的路径比背照式(BSI)成像装置更远，因此前照式(FSI)成像装置的光学串音干扰(cross-talk)效应比背照式(BSI)成像装置小。
再参阅图2，高介电常数(high-k)膜105形成在基底101的背面101B上，并覆盖光电二极管103A、103B和103C。高介电常数膜105的材料包含氧化铪(HfO2)、氧化铪钽(HfTaO)、氧化铪钛(HfTiO)、氧化铪锆(HfZrO)或其他合适的高介电常数的介电材料，高介电常数膜105具有高的折射率和光吸收能力，可通过沉积工艺形成高介电常数膜105。
第一护层(first passivation layer)107形成在高介电常数膜105上，第一护层107可作为后续在第一护层107上形成图案化层时的蚀刻停止层，第一护层107的材料包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其他合适的绝缘材料，可通过沉积工艺形成第一护层107。
遮光膜109包含多个遮光分隔物109P形成在第一护层107上，从俯视角度观之，这些遮光分隔物109P组成格子状结构。在一些实施例中，遮光膜109的材料可为金属，而这些遮光分隔物109P则组成金属格状物，在金属格状物中具有多个孔洞110，并且这些孔洞110设置于遮光分隔物109P之间。
第二护层(second passivation layer)111顺应性地形成在遮光膜109上，在一些实施例中，第二护层111覆盖遮光分隔物109P的顶部表面和侧壁；在一些其他实施例中，第二护层111还覆盖了由孔洞110暴露出来的第一护层107的一部分。第二护层111的材料包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其他合适的绝缘材料，可通过沉积工艺或顺应性的涂布工艺(conformal coating process)形成第二护层111。此外，可通过微影与蚀刻工艺将第二护层111图案化，以移除位于孔洞110中的第二护层111。在一些实施例中，第二护层111的材料与第一护层107相同；在一些其他实施例中，第二护层111的材料与第一护层107不同。
依据本公开的一些实施例，彩色滤光层113与遮光膜109形成在相同的平面上，彩色滤光层113包含多个彩色滤光部件，例如红色的彩色滤光部件113R、绿色的彩色滤光部件113G和蓝色的彩色滤光部件113B，这些彩色滤光部件113R、113G和113B填充在遮光膜109个别的孔洞110中，并且这些彩色滤光部件113R、113G和113B通过遮光分隔物109P而互相隔开，形成不互相连接的轮廓。在一些其他实施例中，彩色滤光层113还包含白色的彩色滤光部件(未绘出)，这些彩色滤光部件113R、113G、113B和白色的彩色滤光部件可以采用各种型态排列。
如图2所示，彩色滤光层113和遮光膜109都形成在第一护层107的顶部表面上，因此降低了固态成像装置100的总厚度或高度。遮光膜109设置在任两个相邻的彩色滤光部件之间，例如介于113R与113G之间，或者介于113G与113B之间，并且遮光分隔物109P的高度低于彩色滤光部件113R-113B的高度，这些彩色滤光部件113R、113G和113B分别对应至光电二极管103A、103B和103C。
在一些实施例中，如图2所示，固态成像装置100包含缓冲层115，其覆盖遮光膜109和彩色滤光层113，缓冲层115形成在第二护层111上方，并且填充在任两个相邻的彩色滤光部件之间的空间内，例如缓冲层115填充在彩色滤光部件113R与113G之间的空间内，以及填充在彩色滤光部件113G与113B之间的空间内。换言之，缓冲层115设置在任两个相邻的彩色滤光部件之间，并且缓冲层115位于遮光分隔物109P上方。缓冲层115具有折射率n1，其低于彩色滤光层113的折射率n2，因此具有低折射率的缓冲层115可以避免光学串音干扰问题在两个相邻的彩色滤光部件之间发生。在一些实施例中，缓冲层115的折射率n1的范围从约1.25至约1.55。
在一些实施例中，如图2所示，也可以使用缓冲层115的材料形成微透镜结构117，使得缓冲层115与微透镜结构117结合成为由相同材料形成的一体成型结构。换言之，微透镜结构117与缓冲层115由相同材料制成并具有折射率n1，此折射率n1低于彩色滤光层113的折射率n2。在相同步骤中，包含沉积、微影及蚀刻工艺，一体成型地形成微透镜结构117和缓冲层115。
图3A-3E显示依据一些实施例，制造图2的固态成像装置100的各阶段工艺的局部剖面示意图。参阅图3A，提供基底101，其定义为具有多个像素P，每一个像素P具有一个光电转换元件，例如光电二极管103A、103B或103C形成于其中，这些光电二极管103A、103B和103C形成在基底101的背面101B上。高介电常数膜105形成在基底101的背面101B上，并且覆盖光电二极管103A、103B和103C，第一护层107形成在高介电常数膜105上。
参阅图3B，在第一护层107上沉积遮光膜109，并且将遮光膜109图案化，以形成多个遮光分隔物109P，遮光膜109具有多个孔洞110形成于其中，并且孔洞110位于遮光分隔物109P之间，每一个孔洞110各自对应于一个像素P。参阅图3C，在遮光膜109上以及由孔洞110暴露出来的第一护层107上顺应性地形成第二护层111，第二护层111覆盖遮光分隔物109P的顶部表面和侧壁。
参阅图3D，在一些实施例中，将位于孔洞110中第二护层111的一部分移除；在一些其他实施例中，位于孔洞110中第二护层111的该部分则不会移除。彩色滤光层113具有多个彩色滤光部件113R、113G和113B，这些彩色滤光部件填充在每一个像素P中遮光膜109的孔洞110内，每一个彩色滤光部件113R、113G和113B各自填充在一个孔洞110中。
参阅图3E，将用于形成缓冲层115和微透镜结构117的低折射率材料层114涂布在彩色滤光层113和遮光膜109之上，并且在低折射率材料层114上进行图案化步骤120，例如微影与蚀刻工艺，藉此形成微透镜结构117和缓冲层115，其中低折射率材料层114的上方部分被蚀刻，形成微透镜结构117，低折射率材料层114的下方部分则留下，形成缓冲层115，以覆盖遮光膜109和彩色滤光层113，完成图2的固态成像装置100。
参阅图4，其显示依据一些实施例，固态成像装置100的局部剖面示意图，图4与图2的差别在于图4的第二护层111在遮光膜109上方的顶部表面大抵上与彩色滤光层113的顶部表面齐平。换言之，图4的第二护层111填满任两个相邻的彩色滤光部件之间的空间，例如第二护层111填满介于彩色滤光部件113R与113G之间的空间，以及填满介于彩色滤光部件113G与113B之间的空间。在一些实施例中，第二护层111的材料与第一护层107的材料不同，第二护层111的折射率n3的范围从约1.25至约1.55。在此实施例中，微透镜结构117与缓冲层115由相同材料制成并具有折射率n1，折射率n1低于彩色滤光层113的折射率n2，折射率n1的范围从约1.25至约1.55，图4的微透镜结构117和缓冲层115也是在相同步骤中一体成型地形成。
图5A-5D显示依据一些实施例，制造图4的固态成像装置100的各阶段工艺的局部剖面示意图。参阅图5A，如前所述，光电二极管103A、103B和103C、高介电常数膜105、第一护层107和遮光膜109在基底101之上形成，沉积第二护层111覆盖遮光膜109和第一护层107，并且第二护层111具有平坦的表面，之后在第二护层111上进行图案化步骤130，例如微影与蚀刻工艺。
参阅图5B，位于遮光分隔物109P之间的第二护层111的部分被移除，形成多个孔洞112。参阅图5C，彩色滤光层113具有多个彩色滤光部件113R、113G和113B，彩色滤光部件填充在这些孔洞112中，其中每一个彩色滤光部件113R、113G和113B各自填充在一个孔洞112中，并且彩色滤光部件113R、113G和113B的顶部表面大抵上与第二护层111的顶部表面齐平。
参阅图5D，将用于形成缓冲层115和微透镜结构117的材料层114涂布在彩色滤光层113和第二护层111上，并且在材料层114上进行图案化步骤120，例如微影与蚀刻工艺，同时形成微透镜结构117和缓冲层115，完成图4的固态成像装置100。
参阅图6，其显示依据一些实施例，固态成像装置100的局部剖面示意图，图6与图2的固态成像装置100的差别在于图6的缓冲层115和微透镜结构117由不同材料制成，在一些实施例中，缓冲层115的折射率n1低于彩色滤光层113的折射率n2，因此具有低折射率的缓冲层115可以避免光学串音干扰问题在两个相邻的彩色滤光部件之间发生。此外，微透镜结构117的折射率n4高于缓冲层115的折射率n1，当微透镜结构117的折射率越高时，微透镜结构117的高度可降至越低，因此，可以进一步降低固态成像装置100的总厚度(或高度)。在一些实施例中，缓冲层115的折射率n1的范围从约1.25至约1.55，而微透镜结构117的折射率n4的范围从约1.56至约1.90。
在一些其他实施例中，缓冲层115的折射率n1低于彩色滤光层113的折射率n2，因此具有低折射率的缓冲层115可以避免光学串音干扰问题在两个相邻的彩色滤光部件之间发生，此外，微透镜结构117的折射率n4低于缓冲层115的折射率n1。在此实施例中，微透镜结构117的折射率n4、缓冲层115的折射率n1和彩色滤光层113的折射率n2沿着入射光线穿透过固态成像装置100的路径梯度地增加，因此可降低入射光线的损失。
如图6所示，缓冲层115平坦地覆盖遮光膜109和彩色滤光层113，并具有平坦的表面，而微透镜结构117则形成在缓冲层115的平坦表面上。在一些实施例中，可于微透镜结构117的表面上进一步地沉积化学气相沉积(chemical vapor deposition；CVD)氧化物薄膜(未绘出)。
图7A-7B显示依据一些实施例，制造图6的固态成像装置100的各阶段工艺的局部剖面示意图。参阅图7A，如前所述，在基底101之上形成光电二极管103A、103B和103C、高介电常数膜105、第一护层107、具有多个遮光分隔物109P的遮光膜109、顺应性地形成在遮光膜109上的第二护层111，以及包含多个彩色滤光部件113R、113G和113B的彩色滤光层113，这些彩色滤光部件113R、113G和113B的顶部表面高于第二护层111的顶部表面。
参阅图7B，在彩色滤光层113、遮光膜109和第二护层111之上形成缓冲层115，缓冲层115平坦地覆盖遮光膜109和彩色滤光层113，并且具有平坦的表面。将微透镜材料层116涂布在缓冲层115上，之后在微透镜材料层116上进行图案化步骤120，例如微影与蚀刻工艺，以形成微透镜结构117，完成图6的固态成像装置100。
参阅图8，其显示依据一些实施例，固态成像装置100的局部剖面示意图，图8与图6的差别在于图8的第二护层111在遮光膜109上方的顶部表面大抵上与彩色滤光层113的顶部表面齐平。换言之，图8的第二护层111填满任两个相邻的彩色滤光部件之间的空间，例如第二护层111填满介于彩色滤光部件113R与113G之间的空间，以及填满介于彩色滤光部件113G与113B之间的空间。在一些实施例中，第二护层111的材料与第一护层107的材料不同，第二护层111的折射率n3的范围从约1.25至约1.55。
图8的缓冲层115和微透镜结构117由不同材料制成，在一些实施例中，缓冲层115的折射率n1低于彩色滤光层113的折射率n2，因此具有低折射率的缓冲层115可以避免光学串音干扰问题在两个相邻的彩色滤光部件之间发生。此外，微透镜结构117的折射率n4高于缓冲层115的折射率n1，当微透镜结构117的折射率越高时，微透镜结构117的高度可以降至越低，如此可以进一步降低固态成像装置100的总厚度(或高度)。在一些实施例中，缓冲层115的折射率n1的范围从约1.25至约1.55，而微透镜结构117的折射率n4的范围从约1.56至约1.90。
在一些其他实施例中，缓冲层115的折射率n1低于彩色滤光层113的折射率n2，因此具有低折射率的缓冲层115可以避免光学串音干扰问题在两个相邻的彩色滤光部件之间发生，此外，微透镜结构117的折射率n4低于缓冲层115的折射率n1。在此实施例中，微透镜结构117的折射率n4、缓冲层115的折射率n1和彩色滤光层113的折射率n2沿着入射光线穿透过固态成像装置100的路径梯度地增加，因此降低了入射光线的损失。
图9A-9B显示依据一些实施例，制造图8的固态成像装置100的各阶段工艺的局部剖面示意图。参阅图9A，如前所述，在基底101之上形成光电二极管103A、103B和103C、高介电常数膜105、第一护层107、具有多个遮光分隔物109P的遮光膜109、位于遮光膜109上的第二护层111，以及包含多个彩色滤光部件113R、113G和113B的彩色滤光层113，其中第二护层111的顶部表面与彩色滤光层113的顶部表面齐平。
参阅图9B，在彩色滤光层113和第二护层111上形成缓冲层115，并且缓冲层115具有平坦的表面，将微透镜材料层116涂布在缓冲层115上，之后在微透镜材料层116上进行图案化步骤120，例如微影与蚀刻工艺，以形成微透镜结构117，完成图8的固态成像装置100。
参阅图10，其显示依据一些实施例，固态成像装置100的局部剖面示意图，此固态成像装置100包含缓冲层115设置于遮光膜109、第二护层111和彩色滤光层113之上，第二护层111顺应性地形成在遮光膜109上，此外，缓冲层115还填满任两个相邻的彩色滤光部件之间的空间，例如缓冲层115填满介于彩色滤光部件113R与113G之间的空间，以及填满介于彩色滤光部件113G与113B之间的空间。
如图10所示，固态成像装置100包含多个突起物119形成在缓冲层115之上，在此实施例中，使用缓冲层115的材料形成这些突起物119，其中每一个突起物119作为微透镜结构117的单一个微透镜元件117ML的下方部分，并且缓冲层115与突起物119结合成为由相同材料制成的一体成型结构，在相同步骤中，包含沉积、微影及蚀刻工艺，一体成型地形成突起物119和缓冲层115，而微透镜结构117的单一个微透镜元件117ML的上方部分118则是由与突起物119和缓冲层115不同的材料制成。
在一些实施例中，突起物119和缓冲层115由相同材料制成，此材料的折射率n1低于彩色滤光层113的折射率n2，因此具有低折射率的缓冲层115可以避免光学串音干扰问题在两个相邻的彩色滤光部件之间发生，在一些实施例中，折射率n1的范围从约1.25至约1.55。此外，微透镜结构117的上方部分118的折射率n4高于突起物119和缓冲层115的折射率n1，在一些实施例中，折射率n4的范围从约1.56至约1.90。微透镜结构117的上方部分118具有高折射率n4，因此可以使得微透镜结构117的高度降低，藉此可进一步降低固态成像装置100的总厚度或高度。
在一些其他实施例中，突起物119和缓冲层115的折射率n1低于彩色滤光层113的折射率n2，此外，微透镜结构117的上方部分118的折射率n4低于突起物119和缓冲层115的折射率n1，在此实施例中，微透镜结构117的上方部分118的折射率n4、突起物119和缓冲层115的折射率n1，以及彩色滤光层113的折射率n2沿着入射光线穿透过固态成像装置100的路径梯度地增加，因此降低了入射光线穿透过固态成像装置100的损失。
图11A-11B显示依据一些实施例，制造图10的固态成像装置100的各阶段工艺的局部剖面示意图。参阅图11A，如前所述，在基底101之上形成光电二极管103A、103B和103C、高介电常数膜105、第一护层107、具有多个遮光分隔物109P的遮光膜109、顺应性地形成在遮光膜109上的第二护层111，以及包含多个彩色滤光部件113R、113G和113B的彩色滤光层113，其中彩色滤光部件113R、113G和113B的顶部表面高于第二护层111的顶部表面。
参阅图11B，将用于形成缓冲层115和突起物119的低折射率材料层114涂布在彩色滤光层113、第二护层111和遮光膜109之上，并且低折射率材料层114具有平坦的表面。将用于形成微透镜结构117的上方部分118的微透镜材料层116涂布在低折射率材料层114上，之后在微透镜材料层116上进行图案化步骤120，例如微影与蚀刻工艺，以形成微透镜结构117的上方部分118。此外，图案化步骤120更进一步地在低折射率材料层114上进行，使得低折射率材料层114的上方部分被蚀刻，并且在低折射率材料层114的下方部分上形成突起物119，这些突起物119组成微透镜结构117的下方部分，而低折射率材料层114的下方部分则形成缓冲层115，藉此在缓冲层115上形成突起物119，完成图10的固态成像装置100。
参阅图12，其显示依据一些实施例，固态成像装置100的局部剖面示意图，图12与图10的差别在于图12的第二护层111在遮光膜109上方的顶部表面大抵上与彩色滤光层113的顶部表面齐平，而且图12的第二护层111填满任两个相邻的彩色滤光部件之间的空间。在一些实施例中，第二护层111的材料与第一护层107的材料不同，第二护层111的折射率n3的范围从约1.25至约1.55。在此实施例中，微透镜结构117的上方部分118的材料与突起物119和缓冲层115的材料不同，在一些实施例中，微透镜结构117的上方部分118的折射率n4、突起物119和缓冲层115的折射率n1，以及彩色滤光层113的折射率n2与上述图10的条件相同。
图13A-13B显示依据一些实施例，制造图12的固态成像装置100的各阶段工艺的局部剖面示意图。参阅图13A，如前所述，在基底101之上形成光电二极管103A、103B和103C、高介电常数膜105、第一护层107、具有多个遮光分隔物109P的遮光膜109、位于遮光膜109上的第二护层111，以及包含多个彩色滤光部件113R、113G和113B的彩色滤光层113，其中第二护层111的顶部表面与彩色滤光层113的顶部表面齐平。
参阅图13B，将用于形成缓冲层115和突起物119的材料层114涂布在彩色滤光层113、第二护层111和遮光膜109之上，并且材料层114具有平坦的表面。将用于形成微透镜结构117的上方部分118的微透镜材料层116涂布在材料层114上，之后在微透镜材料层116上进行图案化步骤120，例如微影与蚀刻工艺，以形成微透镜结构117的上方部分118。此外，图案化步骤120更进一步地在材料层114上进行，藉此在缓冲层115上形成突起物119，完成图12的固态成像装置100。
参阅图14，其显示依据一些实施例，固态成像装置100的局部剖面示意图，此固态成像装置100包含遮光膜109与彩色滤光层113形成在相同的平面上，例如遮光膜109和彩色滤光层113形成在第一护层107的顶部表面上，因此降低了固态成像装置100的总厚度或高度。遮光膜109包含多个遮光分隔物109P，这些遮光分隔物109P组成具有多个孔洞110的格子状结构。
固态成像装置100还包含第二护层111顺应性地形成在遮光膜109上，在一些实施例中，第二护层111覆盖遮光分隔物109P的顶部表面和侧壁；在一些其他实施例中，第二护层111还覆盖了由孔洞110暴露出来的第一护层107的一部分。
在一些实施例中，彩色滤光层113包含多个彩色滤光部件，例如红色的彩色滤光部件113R、绿色的彩色滤光部件113G和蓝色的彩色滤光部件113B，每一个彩色滤光部件113R、113G和113B各自填充在遮光膜109的格子状结构的一个孔洞110中，其中每一个遮光分隔物109P设置在两个相邻的彩色滤光部件之间，并且遮光分隔物109P的高度低于彩色滤光部件113R、113G和113B的高度。
在此实施例中，各种彩色滤光部件中的一种，例如绿色的彩色滤光部件113G，设置为延伸至完全覆盖遮光分隔物109P，换言之，彩色滤光部件中的一种，例如绿色的彩色滤光部件113G形成在第二护层111上，并且填充在遮光分隔物109P上方的空间内，因此，位于遮光分隔物109P上方的彩色滤光层113的一些部分与其他部分连接在一起，使得彩色滤光层113具有连接的轮廓。在此实施例中，彩色滤光部件中的一种，例如绿色的彩色滤光部件113G与相邻的彩色滤光部件，例如红色的彩色滤光部件113R和蓝色的彩色滤光部件113B接触。此外，彩色滤光部件中的一种，例如绿色的彩色滤光部件113G的面积大于其他彩色滤光部件，例如红色的彩色滤光部件113R、蓝色的彩色滤光部件113B的面积，在此实施例中，不同颜色的各种彩色滤光部件的光学效能可以通过不同面积的设计互相平衡，使得彩色滤光层113达到理想的光学效能。
固态成像装置100还包含微透镜结构117形成在彩色滤光层113上，在一些实施例中，彩色滤光部件中延伸至完全覆盖遮光分隔物109P的那一种彩色滤光部件具有折射率n5，此折射率n5高于微透镜结构117的折射率n4，折射率n5的范围从约1.56至约1.90。在一些实施例中，于微透镜结构117的表面上可进一步地沉积化学气相沉积(CVD)氧化物薄膜，此CVD氧化物薄膜具有折射率n6，折射率n6低于微透镜结构117的折射率n4，CVD氧化物薄膜的材料包含氧化硅、氮化硅或前述的组合。
图15A-15B显示依据一些实施例，制造图14的固态成像装置100的各阶段工艺的局部剖面示意图。参阅图15A，如前所述，在基底101之上形成光电二极管103A、103B和103C、高介电常数膜105、第一护层107、具有多个遮光分隔物109P的遮光膜109，以及顺应性地形成在遮光膜109上的第二护层111。彩色滤光层113包含多个彩色滤光部件113R、113G和113B，分别填充在每一个像素P中遮光膜109的孔洞110内，彩色滤光部件中的一种，例如绿色的彩色滤光部件113G更延伸至遮光分隔物109P上方，与相邻的彩色滤光部件，例如红色的彩色滤光部件113R和蓝色的彩色滤光部件113B接触，此外，彩色滤光部件中的这一种，例如绿色的彩色滤光部件113G也延伸至第二护层111上方，填满位于遮光分隔物109P上方的空间，而且彩色滤光部件中的这一种，例如绿色的彩色滤光部件113G完全地覆盖了遮光膜109，这些彩色滤光部件113R、113G和113B的顶部表面高于第二护层111的顶部表面。
参阅图15B，将用于形成微透镜结构117的微透镜材料层116涂布在彩色滤光层113上，之后在微透镜材料层116上进行图案化步骤120，例如微影与蚀刻工艺，以形成微透镜结构117，完成图14的固态成像装置100。
依据本公开的实施例，遮光膜与彩色滤光层形成在相同的平面上，藉此可降低固态成像装置的总厚度或高度，得到薄化的固态成像装置。在薄化的固态成像装置的每一个像素中的光电二极管可接收到角度范围较为广宽的入射光，因此可以提升固态成像装置的主光线角度(chief ray angle；CRA)，其有助于让倾斜的入射光被每一个像素中的光电二极管接收。
此外，在本公开的一些实施例中，使用低折射率材料填充于彩色滤光部件之间，并且低折射率材料设置在遮光分隔物上方的空间内，此低折射率材料的折射率低于彩色滤光层的折射率，因此可避免光学串音干扰问题在固态成像装置的两个相邻像素之间发生，有助于克服背照式(BSI)成像装置的光学串音干扰问题。另外，依据本公开的一些实施例，还可以可改善固态成像装置的彩色滤光层的光学效能。
虽然本发明已公开较佳实施例如上，然其并非用以限定本发明，本领域技术人员当可了解，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定为准。
Claims (10)
1.一种固态成像装置，包括：
一基底，包含一第一光电转换元件和一第二光电转换元件形成于该基底中；
一彩色滤光层，具有一第一彩色滤光部件设置于该第一光电转换元件之上，以及一第二彩色滤光部件设置于该第二光电转换元件之上；
一遮光分隔物，设置于该第一彩色滤光部件与该第二彩色滤光部件之间，其中该遮光分隔物的高度低于该第一和该第二彩色滤光部件的高度，且该遮光分隔物与该第一和该第二彩色滤光部件隔开；
一缓冲层，设置于该第一彩色滤光部件与该第二彩色滤光部件之间，并且位于该遮光分隔物上方，其中该缓冲层的折射率低于该彩色滤光层的折射率；以及
一微透镜结构，设置于该彩色滤光层之上。
2.如权利要求1所述的固态成像装置，还包括：
一高介电常数膜设置于该基底之上；
一第一护层设置于该高介电常数膜之上，其中该彩色滤光层和该遮光分隔物形成在该第一护层上；以及
一第二护层覆盖该遮光分隔物。
3.如权利要求2所述的固态成像装置，其中该第二护层顺应性地形成在该遮光分隔物上，该缓冲层设置在该第二护层上并且填充该第一彩色滤光部件与该第二彩色滤光部件之间的一空间。
4.如权利要求2所述的固态成像装置，其中该第二护层设置在该遮光分隔物上并且填充该第一彩色滤光部件与该第二彩色滤光部件之间的一空间。
5.如权利要求1所述的固态成像装置，其中该缓冲层与该微透镜结构结合成为一由相同材料制成的一体成型结构，该缓冲层和该微透镜结构的该相同材料具有1.25-1.55的折射率。
6.如权利要求1所述的固态成像装置，其中该缓冲层的材料与该微透镜结构的材料不同，该缓冲层平坦地覆盖该彩色滤光层和该遮光分隔物，且该微透镜结构设置在该缓冲层上。
7.如权利要求1所述的固态成像装置，其中该缓冲层的材料与该微透镜结构的材料不同，该微透镜结构的材料的折射率高于该缓冲层的材料的折射率，该微透镜结构的材料具有1.56-1.9的折射率，并且该缓冲层的材料具有1.25-1.55的折射率。
8.如权利要求1所述的固态成像装置，还包括：
一第一突起物形成于该缓冲层上，对应于该第一彩色滤光部件；以及
一第二突起物形成于该缓冲层上，对应于该第二彩色滤光部件，
其中该第一突起物和该第二突起物与该缓冲层结合成为一由相同材料制成的一体成型结构，且该第一突起物和该第二突起物为该微透镜结构的一下方部分，该第一和该第二突起物与该缓冲层的材料的折射率高于该微透镜结构的一上方部分的折射率，并且该第一和该第二突起物与该缓冲层的材料的折射率低于该彩色滤光层的折射率。
9.一种固态成像装置，包括：
一基底，包含一第一、一第二和一第三光电转换元件形成于该基底中；
一彩色滤光层，具有一第一、一第二和一第三彩色滤光部件分别设置于该第一、该第二和该第三光电转换元件之上；
一第一遮光分隔物设置于该第一与该第二彩色滤光部件之间，以及一第二遮光分隔物设置于该第二与该第三彩色滤光部件之间，其中该第一和该第二遮光分隔物的高度低于该彩色滤光层的高度；以及
一微透镜结构，设置于该彩色滤光层之上，
其中该第二彩色滤光部件完全地覆盖该第一和该第二遮光分隔物，并且该第二彩色滤光部件的折射率高于该微透镜结构的折射率。
10.如权利要求9所述的固态成像装置，其中该第二彩色滤光部件的面积大于该第一彩色滤光部件的面积，该第二彩色滤光部件的面积大于该第三彩色滤光部件的面积，且该第二彩色滤光部件与该第一和该第三彩色滤光部件接触。
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