CN106057833B - 影像感测器 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种影像感测器。该影像感测器包含半导体基底，其含有多个光电转换元件，彩色滤光片阵列设置在半导体基底上，彩色滤光片阵列包含第一彩色滤光片、第二彩色滤光片和第三彩色滤光片。影像感测器还包含隔离分隔物设置在彩色滤光片阵列中，围绕第一、第二和第三彩色滤光片的其中之一，且隔离分隔物的折射率低于第一、第二和第三彩色滤光片的折射率。本公开的影像感测器可适用于高度动态范围的应用。
Description
技术领域
本发明涉及影像感测器，特别涉及具有隔离分隔物在滤光片阵列中的影像感测器。
背景技术
近年来，影像感测器已经广泛地在各种影像拍摄设备中使用，例如摄影机、数码相机等设备。影像感测器例如为电荷耦合元件(charge coupled device；CCD)影像感测器，或互补式金属氧化半导体(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)影像感测器，两者皆具有将入射光线转换成电性信号的光电转换器。影像感测器具有像素阵列(pixelarray)，且每个像素中具有一个光电转换器。另外，影像感测器还具有逻辑电路，用于传输或处理这些电性信号。
此外，影像感测器通常具有彩色滤光层，用于产生彩色影像。彩色滤光层可含有红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)区块的三原色彩色滤光片，其堆叠在以二维方向排列的光电转换器的光接收面上方，彩色滤光层具有预定的图案模式的排列，使得每一个彩色区块各自对应至一个光电转换器。
在一些例子中，红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)区块连接在一起，形成连接的彩色滤光层，而分别对应至连接的彩色滤光层的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)区块的影像感测器的像素则具有不同的量子效率(quantum efficiencies，QE)。在一些其他例子中，于红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)区块之间设置网格结构，形成不连续的彩色滤光层，而分别对应至不连续的彩色滤光层的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)区块的影像感测器的像素也具有不同的量子效率(QE)。
影像感测器的品质通常由许多特性来表示，例如动态范围(dynamic range)、灵敏度(sensitivity)、响应度(responsiveness)、均匀性(uniformity)等。当使用影像感测器在高照明强度与低照明强度之间转换的情况下捕捉物体的影像时，动态范围这个特性显得特别重要，针对高度动态范围的应用，需要提高影像感测器的像素的量子效率(QE)。
发明内容
依据本公开的实施例，影像感测器具有隔离分隔物设置在滤光片阵列中，以围绕滤光片阵列中的至少一个种类的滤光片元件，藉此提高对应于被隔离分隔物围绕的该种类滤光片元件的影像感测器的像素的量子效率(QE)。因此，本公开的影像感测器可适用于高度动态范围的应用。
在一些实施例中，提供影像感测器。影像感测器包含半导体基底，含有多个光电转换元件。影像感测器也包含彩色滤光片阵列设置于半导体基底上，彩色滤光片阵列包含第一彩色滤光片、第二彩色滤光片和第三彩色滤光片。影像感测器还包含隔离分隔物设置在彩色滤光片阵列中，围绕第一、第二和第三彩色滤光片的其中之一，且隔离分隔物的折射率低于第一、第二和第三彩色滤光片的折射率。
在一些其他实施例中，提供影像感测器。影像感测器包含半导体基底，含有多个光电转换元件。影像感测器也包含滤光片阵列设置于半导体基底上，滤光片阵列包含第一彩色滤光片、第二彩色滤光片、第三彩色滤光片和红外线滤光片。影像感测器还包含隔离分隔物设置在滤光片阵列中，围绕第一、第二、第三彩色滤光片和红外线滤光片的其中之一，且隔离分隔物的折射率低于第一、第二和第三彩色滤光片的折射率，也低于红外线滤光片的折射率。
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，以下配合说明书附图作详细说明如下：
图1A显示依据本公开的一些实施例，影像感测器的彩色滤光片阵列的局部平面示意图；
图1B显示依据本公开的一些实施例，沿着图1A的线1-1’，影像感测器的局部剖面示意图；
图1C显示依据本公开的一些实施例，图1A-图1B所示的影像感测器的R、G1、G2、B像素的量子效率(QE)对波长的曲线图，以及针对R像素的比较曲线；
图2A显示依据本公开的一些实施例，影像感测器的彩色滤光片阵列的局部平面示意图；
图2B显示依据本公开的一些实施例，沿着图2A的线2-2’，影像感测器的局部剖面示意图；
图2C显示依据本公开的一些实施例，图2A-图2B所示的影像感测器的R、G1、G2、B像素的量子效率(QE)对波长的曲线图，以及针对B像素的比较曲线；
图3A显示依据本公开的一些实施例，影像感测器的彩色滤光片阵列的局部平面示意图；
图3B显示依据本公开的一些实施例，沿着图3A的线3-3’，影像感测器的局部剖面示意图；
图3C显示依据本公开的一些实施例，图3A-图3B所示的影像感测器的R、G1、G2、B像素的量子效率(QE)对波长的曲线图，以及针对G1像素的比较曲线；
图4A-图4E显示依据本公开的一些实施例，影像感测器的滤光片阵列的重复单元的各种图案模式的局部平面示意图；
图5A-图5E显示依据本公开的一些其他实施例，影像感测器的滤光片阵列的重复单元的各种图案模式的局部平面示意图；
图6显示不具有分隔物设置在滤光片阵列中的影像感测器的R、G1、B、IR像素的量子效率(QE)对波长的曲线图；
图7显示依据本公开的一些实施例，沿着图4C的线7-7’，影像感测器的局部剖面示意图；
图8显示依据本公开的一些实施例，沿着图4D的线8-8’，影像感测器的局部剖面示意图；及
图9-图11显示依据本公开的一些其他实施例，影像感测器的局部剖面示意图。
附图标记说明：
100～影像感测器；
100A～主动区；
100P～周边区；
101～半导体基底；
103～光电转换元件；
105～高介电常数膜；
107～缓冲层；
109～遮光层；
109P～遮光分隔物；
111～护层；
113-1～红色(R)滤光片：
113-2、113-4～绿色(G1、G2)滤光片；
113-3～蓝色(B)滤光片；
113-5～红外线(IR)滤光片；
115～隔离分隔物；
115’～额外的隔离分隔物；
115P～延伸部；
117～微透镜结构；
117ML～微透镜元件；
120～彩色滤光片阵列；
120U、130U～重复单元；
130～滤光片阵列；
A、B、C～间距；
P-R～红色(R)像素；
P-G1、P-G2～绿色(G1、G2)像素；
P-B～蓝色(B)像素；
P-IR～红外线(IR)像素。
具体实施方式
以下描述为实施本公开的详细方式，此描述内容是为了说明本公开的基本概念，而非用于限定本公开的范围，本公开的保护范围当以所附权利要求为准。
参阅图1A，其显示依据一些实施例，影像感测器的彩色滤光片阵列120的局部平面示意图。在一些实施例中，彩色滤光片阵列120是以一个红色(R)滤光片113-1、两个绿色(G1、G2)滤光片113-2、113-4和一个蓝色(B)滤光片113-3安排在彩色滤光片阵列120的重复单元120U中的方式配置。在一些实施例中，隔离分隔物(isolated partition)115设置在彩色滤光片阵列120中，以围绕重复单元120U中的红色滤光片113-1，而蓝色滤光片113-3则与两个绿色滤光片113-2和113-4接触。如图1A所示，从上视角度观察，在彩色滤光片阵列120中的隔离分隔物115是不互相连接的。
图1B显示依据一些实施例，沿着图1A的线1-1’，影像感测器100的局部剖面示意图。在一些实施例中，影像感测器100为互补式金属氧化半导体(CMOS)影像感测器(简称CIS)。影像感测器100包含半导体基底101，例如为硅晶圆或晶片，半导体基底101含有多个光电转换元件103，例如光电二极管。影像感测器100具有许多像素排列成像素阵列，每一个光电转换元件103各自设置在一个像素中。此外，这些光电转换元件103是互相隔离的。虽然图1B显示三个像素，实际上影像感测器100具有数百万或更多像素。影像感测器100的像素都具有相同面积和相同的间距(pitch)，例如，图1B所示的红色(R)像素P-R、绿色(G1)像素P-G1和蓝色(B)像素P-B都具有相同的面积，并且R像素P-R、G1像素P-G1、B像素P-B的间距A、B和C是相等的。
半导体基底101的背面通常具有光电转换元件103形成于其上，半导体基底101的正面通常具有导线层(图1B中未绘出)形成于其上，导线层具有影像感测器100所需的各种导线和电路。在一些实施例中，影像感测器100为背照式(backside illumination，BSI)影像感测器。在背照式(BSI)影像感测器中，具有光电转换元件103形成于其上的半导体基底101的背面靠近影像感测器100的光接收面，而具有导线层形成于其上的半导体基底101的正面则远离影像感测器100的光接收面。
在一些其他实施例中，影像感测器100为前照式(front-side illumination，FSI)影像感测器。在前照式(FSI)影像感测器中，具有导线层形成于其上的半导体基底101的正面靠近影像感测器100的光接收面，而具有光电转换元件103形成于其上的半导体基底101的背面则远离影像感测器100的光接收面。
如图1B所示，在一些实施例中，影像感测器100还包含高介电常数(high-k)膜105形成于半导体基底101上，且覆盖光电转换元件103。高介电常数膜105可采用沉积工艺，由氧化铪(HfO2)、氧化铪钽(HfTaO)、氧化铪钛(HfTiO)、氧化铪锆(HfZrO)、五氧化钽(Ta2O5)或其他合适的高介电常数的介电材料形成，并且高介电常数膜105具有高折射率和光吸收能力。在一些实施例中，影像感测器100还包含缓冲层107形成在高介电常数膜105上。缓冲层107可采用沉积工艺，由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其他合适的绝缘材料形成。
在一些实施例中，影像感测器100包含遮光层109形成在缓冲层107上，且位于彩色滤光片阵列120下方。遮光层109包含多个遮光分隔物109P，设置在影像感测器100的像素之间。从上视角度观察，遮光分隔物109P组成网格(grid)结构。在一些实施例中，遮光层109由金属制成，且遮光分隔物109P可称为金属网格(metal grid)。
在一些实施例中，影像感测器100还包含护层(passivation layer)111形成在缓冲层107上。护层111也覆盖遮光层109，且具有平坦顶面。护层111可采用沉积工艺，由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其他合适的绝缘材料形成。
在一些实施例中，图1A所示的彩色滤光片阵列120形成在护层111的平坦顶面上。彩色滤光片阵列120包含颜色不同的第一彩色滤光片、第二彩色滤光片和第三彩色滤光片，设置在半导体基底101之上。例如，第一、第二和第三彩色滤光片分别为红色(R)滤光片113-1、绿色(G1或G2)滤光片113-2或113-4、和蓝色(B)滤光片113-3，图1A所示的绿色(G1、G2)滤光片113-2和113-4为相同颜色，符号G1、G2用于标示不同位置的绿色滤光片113-2和113-4。如图1B所示，彩色滤光片阵列120的每个彩色滤光片是各自设置在影像感测器100的一个像素中。
如图1A和图1B所示，在一些实施例中，隔离分隔物115是设置在彩色滤光片阵列120中，以围绕红色滤光片113-1。隔离分隔物115的折射率低于彩色滤光片阵列120的红色(R)滤光片113-1、绿色(G1、G2)滤光片113-2和113-4及蓝色(B)滤光片113-3的折射率。在一些实施例中，隔离分隔物115由氧化硅制成，其具有约1.3至约1.4的折射率；红色(R)滤光片113-1、绿色(G1、G2)滤光片113-2和113-4及蓝色(B)滤光片113-3则具有约1.6至约1.9的折射率，但不限于此。
图1C显示依据一些实施例，图1A-图1B所示的影像感测器100的红色(R)、绿色(G1、G2)、蓝色(B)像素的量子效率(QE)对波长的曲线R、G1、G2、B。此外，图1C也显示针对R像素的比较曲线R0，比较曲线R0是由不具有隔离分隔物围绕红色滤光片的影像感测器的R像素所得到。曲线R是由影像感测器100的R像素所得到，影像感测器100具有隔离分隔物115围绕红色(R)滤光片113-1。如图1C所示，曲线R的量子效率(QE)高于比较曲线R0的量子效率(QE)，这表示采用隔离分隔物115围绕红色(R)滤光片113-1，可以提高影像感测器100的R像素的量子效率(QE)。隔离分隔物115的折射率低于红色(R)滤光片113-1的折射率，如此可以在隔离分隔物115与红色(R)滤光片113-1的间的界面上建构全反射结构。因此，依据一些实施例，可调整影像感测器100的R像素的量子效率(QE)波峰值，使其符合高度动态范围的应用，例如应用于监视设备。
另外，如图1B所示，形成隔离分隔物115的材料也形成在影像感测器100的周边区100P的护层111上，成为延伸部115P。影像感测器100的周边区100P是围绕影像感测器100的主动区100A，主动区100A具有光电转换元件103设置在其中。在一些实施例中，隔离分隔物115和延伸部115P与红色(R)滤光片113-1、绿色(G1、G2)滤光片113-2和113-4及蓝色(B)滤光片113-3的表面齐平。
此外，如图1A和图1B所示，一个隔离分隔物115完全设置在一个像素中，因此，一个隔离分隔物115和被隔离分隔物115围绕的一个彩色滤光片的面积总和等于其他未被隔离分隔物115围绕的彩色滤光片的单一个彩色滤光片的面积。例如，一个隔离分隔物115和一个红色(R)滤光片113-1的面积总和等于一个绿色(G1或G2)滤光片113-2或113-4的面积，或等于一个蓝色(B)滤光片113-3的面积。
参阅图1B，影像感测器100还包含微透镜结构117设置在彩色滤光片阵列120上方。微透镜结构117包含多个微透镜元件117ML，每个微透镜元件117ML各自对应至彩色滤光片阵列120的一个彩色滤光片。
图2A显示依据一些实施例，影像感测器的彩色滤光片阵列120的局部平面示意图。图2B为依据一些实施例，沿着图2A的线2-2’，影像感测器100的局部剖面示意图。在图2A-图2B的实施例中，隔离分隔物115设置在彩色滤光片阵列120中，以围绕重复单元120U中的蓝色(B)滤光片113-3，而红色(R)滤光片113-1则与两个绿色(G1、G2)滤光片113-2和113-4接触。如图2A所示，从上视角度观察，在彩色滤光片阵列120中的隔离分隔物115是不互相连接的。在图2B的实施例中所示的影像感测器100的其他元件可以与图1B相同。
图2C显示依据一些实施例，图2A-图2B所示的影像感测器100的R、G1、G2、B像素的量子效率(QE)对波长的曲线R、G1、G2、B。此外，图2C也显示针对B像素的比较曲线B0，比较曲线B0是由不具有隔离分隔物围绕蓝色滤光片的影像感测器的B像素所得到。曲线B是由影像感测器100的B像素所得到，影像感测器100具有隔离分隔物115围绕蓝色(B)滤光片113-3。如图2C所示，曲线B的量子效率(QE)高于比较曲线B0的量子效率(QE)，这表示采用隔离分隔物115围绕蓝色(B)滤光片113-3可以提高影像感测器100的B像素的量子效率(QE)。隔离分隔物115的折射率低于蓝色(B)滤光片113-3的折射率，如此可以在隔离分隔物115与蓝色(B)滤光片113-3之间的界面上建构全反射结构。因此，依据一些实施例，可调整影像感测器100的B像素的量子效率(QE)波峰值，使其符合高度动态范围的应用。
图3A显示依据一些实施例，影像感测器的彩色滤光片阵列120的局部平面示意图。图3B为依据一些实施例，沿着图3A的线3-3’，影像感测器100的局部剖面示意图。在图3A-图3B的实施例中，隔离分隔物115设置在彩色滤光片阵列120中，以围绕两个绿色(G1、G2)滤光片113-2和113-4的其中一个，例如，隔离分隔物115围绕重复单元120U中的绿色(G1)滤光片113-2，而其他绿色(G2)滤光片113-4则与红色(R)滤光片113-1和蓝色(B)滤光片113-3接触。如图3A所示，从上视角度观察，在彩色滤光片阵列120中的隔离分隔物115是不互相连接的。在图3B的实施例中所示的影像感测器100的其他元件可以与图1B相同。
图3C显示依据一些实施例，图3A-图3B所示的影像感测器100的R、G1、G2、B像素的量子效率(QE)对波长的曲线R、G1、G2、B。此外，图3C也显示针对G1像素的比较曲线G10，比较曲线G10是由不具有隔离分隔物围绕绿色(G1)滤光片的影像感测器的G1像素所得到。曲线G1是由影像感测器100的G1像素所得到，影像感测器100具有隔离分隔物115围绕绿色(G1)滤光片113-2。如图3C所示，曲线G1的量子效率(QE)高于比较曲线G10的量子效率(QE)，这表示采用隔离分隔物115围绕绿色(G1)滤光片113-2可以提高影像感测器100的G1像素的量子效率(QE)。隔离分隔物115的折射率低于绿色(G1)滤光片113-2的折射率，如此可以在隔离分隔物115与绿色(G1)滤光片113-2之间的界面上建构全反射结构。因此，依据一些实施例，可调整影像感测器100的G1像素的量子效率(QE)波峰值，使其符合高度动态范围的应用。
在一些实施例中，彩色滤光片阵列120的红色、绿色和蓝色滤光片可以采用与图1A、图2A和图3A不同的方式排列成各种图案模式。在一些其他实施例中，彩色滤光片阵列120还可以包含白色(W)滤光片(未绘出)，红色、绿色、蓝色和白色滤光片可以排列成各种图案模式。此外，隔离分隔物是围绕彩色滤光片阵列中的一种滤光片。
图4A-图4E显示依据一些实施例，影像感测器的滤光片阵列130的重复单元130U的各种局部平面示意图。滤光片阵列130包含颜色不同的第一彩色滤光片、第二彩色滤光片和第三彩色滤光片，而且还包含红外线(IR)滤光片。在一些实施例中，滤光片阵列130是以八个绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4、四个红外线(IR)滤光片113-5、两个红色(R)滤光片113-1及两个蓝色(B)滤光片113-3安排在滤光片阵列130的重复单元130U中的方式配置。如图4A所示，在一些实施例中，两个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕两个红色(R)滤光片113-1，而绿色(G1或G2)滤光片113-2或113-4则与蓝色(B)滤光片113-3和红外线(IR)滤光片113-5接触。
如图4B所示，在一些实施例中，两个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕两个蓝色(B)滤光片113-3，而绿色(G1或G2)滤光片113-2或113-4则与红色(R)滤光片113-1和红外线(IR)滤光片113-5接触。
如图4C所示，在一些实施例中，四个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕四个红外线(IR)滤光片113-5，而绿色(G1或G2)滤光片113-2或113-4则与红色(R)滤光片113-1和蓝色(B)滤光片113-3接触。
如图4D所示，在一些实施例中，两个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕两个红色(R)滤光片113-1。此外，还有两个额外的隔离分隔物115’设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕两个蓝色(B)滤光片113-3，而红外线(IR)滤光片113-5则与绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4接触。
如图4E所示，在一些实施例中，四个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕四个绿色(G1)滤光片113-2。在一些其他实施例中，四个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕四个绿色(G2)滤光片113-4。
如图4A-图4E所示，从上视角度观察，在滤光片阵列130中，隔离分隔物115或者隔离分隔物115再加上额外的隔离分隔物115’都是不互相连接的。
此外，图4A-图4E的隔离分隔物115和额外的隔离分隔物115’是由相同材料制成，并且具有相同的折射率。隔离分隔物115和额外的隔离分隔物115’的折射率低于红色(R)滤光片113-1、绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4及蓝色(B)滤光片113-3的折射率，也低于红外线(IR)滤光片113-5的折射率。因此，对于包含如图4A所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器而言，可以提高影像感测器的R像素的量子效率(QE)。对于包含如图4B所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器而言，可以提高影像感测器的B像素的量子效率(QE)。对于包含如图4C所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器而言，可以提高影像感测器的红外线(IR)像素的量子效率(QE)。对于包含如图4D所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器而言，可以同时提高影像感测器的R像素的量子效率(QE)和B像素的量子效率(QE)。对于包含如图4E所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器而言，可以提高影像感测器的G1像素的量子效率(QE)。
图5A-图5E显示依据一些实施例，影像感测器的滤光片阵列130的重复单元130U的各种局部平面示意图。滤光片阵列130包含颜色不同的第一彩色滤光片、第二彩色滤光片和第三彩色滤光片，而且还包含红外线(IR)滤光片。在一些实施例中，滤光片阵列130是以八个绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4、四个蓝色(B)滤光片113-3、两个红色(R)滤光片113-1及两个红外线(IR)滤光片113-5安排在滤光片阵列130的重复单元130U中的方式配置。如图5A所示，在一些实施例中，两个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕两个红色(R)滤光片113-1，而绿色(G1或G2)滤光片113-2或113-4则与蓝色(B)滤光片113-3和红外线(IR)滤光片113-5接触。
如图5B所示，在一些实施例中，四个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕四个蓝色(B)滤光片113-3，而绿色(G1或G2)滤光片113-2或113-4则与红色(R)滤光片113-1和红外线(IR)滤光片113-5接触。
如图5C所示，在一些实施例中，两个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕两个红外线(IR)滤光片113-5，而绿色(G1或G2)滤光片113-2或113-4则与红色(R)滤光片113-1和蓝色(B)滤光片113-3接触。
如图5D所示，在一些实施例中，两个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕两个红色(R)滤光片113-1。此外，还有四个额外的隔离分隔物115’设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕四个蓝色(B)滤光片113-3，而红外线(IR)滤光片113-5则与绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4接触。
如图5E所示，在一些实施例中，四个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕四个绿色(G1)滤光片113-2。在一些其他实施例中，四个隔离分隔物115设置在滤光片阵列130的重复单元130U中，以围绕四个绿色(G2)滤光片113-4。
如图5A-图5E所示，从上视角度观之，在滤光片阵列130中，隔离分隔物115或者隔离分隔物115再加上额外的隔离分隔物115’都不会构成网格结构。
此外，图5A-图5E的隔离分隔物115和额外的隔离分隔物115’是由相同材料制成，并且具有相同的折射率。隔离分隔物115和额外的隔离分隔物115’的折射率低于红色(R)滤光片113-1、绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4及蓝色(B)滤光片113-3的折射率，也低于红外线(IR)滤光片113-5的折射率。因此，对于包含如图5A所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器而言，可以提高影像感测器的R像素的量子效率(QE)。对于包含如图5B所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器而言，可以提高影像感测器的B像素的量子效率(QE)。对于包含如图5C所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器而言，可以提高影像感测器的IR像素的量子效率(QE)。对于包含如图5D所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器而言，可以同时提高影像感测器的R像素的量子效率(QE)和B像素的量子效率(QE)。对于包含如图5E所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器而言，可以提高影像感测器的G1像素的量子效率(QE)。
图6显示不具有分隔物设置在滤光片阵列中的影像感测器的R、G、B、IR像素的量子效率(QE)对波长的曲线R、G、B、IR。在一些实施例中，相较于图6所示的曲线R、G、B、IR的量子效率(QE)波峰值，包含如图4A-图4C和图4E及图5A-图5C和图5E图所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器，其分别提高了这些曲线R、G、B、IR的量子效率(QE)波峰值。在一些其他实施例中，相较于图6所示的曲线R和B的量子效率(QE)波峰值，包含如图4D及图5D所示的滤光片阵列130的重复单元130U的影像感测器，其提高了曲线R和B的量子效率(QE)波峰值。
图7显示依据一些实施例，沿着图4C的线7-7’，影像感测器100的局部剖面示意图。在一些实施例中，隔离分隔物115设置在滤光片阵列130中，以围绕红外线(IR)滤光片113-5。如图4C和图7所示，每一个隔离分隔物115完全设置在一个红外线(IR)像素P-IR中，因此，一个隔离分隔物115和一个红外线(IR)滤光片113-5的面积总和等于其他未被隔离分隔物115围绕的单一个彩色滤光片，例如红色(R)滤光片113-1、绿色(G1或G2)滤光片113-2或113-4、或者蓝色(B)滤光片113-3的面积。图7所示的影像感测器100的元件，除了滤光片阵列130以外，其他部分可以与图1B的影像感测器100的元件相同。
图8显示依据一些实施例，沿着图4D的线8-8’，影像感测器100的局部剖面示意图。在一些实施例中，隔离分隔物115设置在滤光片阵列130中，以围绕红色(R)滤光片113-1。此外，还有额外的隔离分隔物115’设置在滤光片阵列130中，以围绕蓝色(B)滤光片113-3。每一个隔离分隔物115完全设置在一个R像素P-R中，并且每一个额外的隔离分隔物115’完全设置在一个B像素P-B中。因此，一个隔离分隔物115和一个红色(R)滤光片113-1的面积总和、一个额外的隔离分隔物115’和一个蓝色(B)滤光片113-3的面积总和、其他未被隔离分隔物115和额外的隔离分隔物115’围绕的单一个彩色滤光片，例如红外线(IR)滤光片113-5、或者绿色(G1或G2)滤光片113-2或113-4的面积都是相等的。图8所示的影像感测器100的元件，除了滤光片阵列130以外，其他部分可以与图1B的影像感测器100的元件相同。
参阅图9，其显示依据一些其他实施例，影像感测器100的局部剖面示意图。在一些实施例中，隔离分隔物115的材料与微透镜结构117的材料相同。在这些实施例中，形成红色(R)滤光片113-1、绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4、及蓝色(B)滤光片113-3在护层111上之后，在R像素P-R中形成空隙围绕红色(R)滤光片113-1。之后，微透镜结构117的材料填充在R像素P-R中的空隙内，形成隔离分隔物115围绕红色(R)滤光片113-1。此外，微透镜结构117的材料也形成在位于影像感测器100的周边区100P的护层111上，成为延伸部115P。图9所示的影像感测器100的元件，除了隔离分隔物115的材料和延伸部115P以外，其余部分可以与图1B的影像感测器100的元件相同。在此实施例中，隔离分隔物115的折射率高于氧化硅的折射率，且低于红色(R)滤光片113-1、绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4及蓝色(B)滤光片113-3的折射率。例如，氧化硅的折射率在约1.3至约1.4，而图9所示的隔离分隔物115的折射率则高于约1.4至约1.5。
参阅图10，其显示依据一些其他实施例，影像感测器100的局部剖面示意图。在一些实施例中，影像感测器100具有遮光层109形成在缓冲层107上。遮光层109包含多个遮光分隔物109P，设置在影像感测器100的像素之间。从上视角度观之，遮光分隔物109P组成网格结构。红色(R)滤光片113-1、绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4及蓝色(B)滤光片113-3的每一个各自填充在遮光分隔物109P之间的空间内，且设置在缓冲层107上。在一些实施例中，遮光分隔物109P具有网格形状，并且设置在图1A、图2A和图3A所示的红色(R)滤光片113-1、绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4、及蓝色(B)滤光片113-3之间。因此，遮光层109和彩色滤光片阵列120都设置在缓冲层107的顶面上。在一些其他实施例中，遮光分隔物109P具有网格形状，并且设置在图4A-图4E和图5A-图5E所示的红色(R)滤光片113-1、绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4、蓝色(B)滤光片113-3及红外线(IR)滤光片113-5之间。因此，遮光层109和滤光片阵列130都设置在缓冲层107的顶面上。
如图10所示，遮光层109的顶端低于彩色滤光片阵列120的顶端。在一些实施例中，隔离分隔物115由与微透镜结构117相同的材料制成，并且设置在遮光层109上，围绕红色(R)滤光片113-1。此外，微透镜结构117的材料也形成在位于影像感测器100的周边区100P的遮光层109上，成为延伸部115P。
参阅图11，其显示依据一些其他实施例，影像感测器100的局部剖面示意图。在一些实施例中，隔离分隔物115是由低折射率材料制成，此低折射率材料的折射率低于氧化硅的折射率。例如，氧化硅的折射率在约1.3至约1.4，而隔离分隔物115的折射率则在约1.2至低于1.3。此低折射率材料填充在遮光层109上方的空间内，以围绕红色(R)滤光片113-1，并且形成隔离分隔物115。此外，微透镜结构117的材料还形成在位于影像感测器100的周边区100P的遮光层109上，成为延伸部115P。图11所示的影像感测器100的元件，除了隔离分隔物115的材料以外，其余部分可以与图10的影像感测器100的元件相同。
在一些其他实施例中，图9-图11所示的彩色滤光片阵列120可以用图4A-图4E和图5A-图5E所示的滤光片阵列130取代。隔离分隔物115和额外的隔离分隔物115’可以采用与微透镜结构117相同的材料制成，或者由低折射率材料制成，此低折射率材料的折射率低于氧化硅的折射率。此外，形成隔离分隔物115和额外的隔离分隔物115’的材料可填充在遮光层109上方的空间内，以围绕红色(R)滤光片113-1、绿色(G1和G2)滤光片113-2和113-4、蓝色(B)滤光片113-3及红外线(IR)滤光片113-5中的一种或两种滤光片。
依据本公开的一些实施例，隔离分隔物是设置在彩色滤光片阵列中或滤光片阵列中，以围绕彩色滤光片阵列或滤光片阵列中的一种滤光片元件。在一些实施例中，彩色滤光片阵列包含第一、第二和第三彩色滤光片，例如红色、绿色和蓝色滤光片，这些滤光片可采用各种图案模式排列。因此，隔离分隔物设置彩色滤光片阵列中，以围绕红色、绿色或蓝色滤光片。在一些实施例中，滤光片阵列包含第一、第二和第三彩色滤光片，以及红外线(IR)滤光片，例如红色、绿色和蓝色滤光片及红外线(IR)滤光片，这些滤光片可采用各种图案模式排列。因此，隔离分隔物设置滤光片阵列中，以围绕红色、绿色或蓝色滤光片，或者红外线(IR)滤光片。
在本公开的实施例中，从上视角度观察，在彩色滤光片阵列或滤光片阵列中的隔离分隔物不会构成网格结构。因此，在彩色滤光片阵列或滤光片阵列中的隔离分隔物的形状不是网格。此外，影像感测器具有许多像素排列成像素阵列，每一个隔离分隔物各自地设置在影像感测器的一个像素中，且不会延伸至相邻的像素中。另外，影像感测器的每个像素具有相同的面积，因此，一个隔离分隔物和被此隔离分隔物围绕的一个滤光片元件的面积总和等于其他未被隔离分隔物围绕的滤光片元件的单一个滤光片元件的面积。
在本公开的实施例中，隔离分隔物的折射率低于彩色滤光片阵列和滤光片阵列的全部滤光片元件的折射率，因此，可以提高影像感测器中对应至被隔离分隔物围绕的那一种滤光片元件的像素的量子效率(QE)。因此，依据本公开的实施例，设置在彩色滤光片阵列或滤光片阵列中的隔离分隔物，可以调整并提高影像感测器中特定种类的像素的量子效率(QE)，使得影像感测器可以符合高度动态范围的应用，并满足定制化的要求。此外，本公开的影像感测器可适用于BSI和FSI影像感测器。
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，在此技术领域中技术人员当可了解，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许变动与润饰。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 (11)
1.一种影像感测器，包括：
一半导体基底，含有多个光电转换元件；
一彩色滤光片阵列，包含一第一彩色滤光片、一第二彩色滤光片和一第三彩色滤光片，设置于该半导体基底上；以及
一隔离分隔物，设置在该彩色滤光片阵列中，围绕该第一、该第二和该第三彩色滤光片的其中之一，且该第一、该第二和该第三彩色滤光片的其中之另两者互相接触，其中该隔离分隔物具有一折射率低于该第一、该第二和该第三彩色滤光片的折射率；
其中隔离分隔物设置在影像感测器的一个像素中，且不会延伸至相邻的像素中；以及
隔离分隔物和被隔离分隔物围绕的滤光片的面积总和等于其他未被隔离分隔物围绕的滤光片中的单一个滤光片的面积。
2.如权利要求1所述的影像感测器，其中该彩色滤光片阵列是以该彩色滤光片阵列的一重复单元内具有一个红色彩色滤光片、两个绿色彩色滤光片和一个蓝色彩色滤光片的方式排列，且其中该隔离分隔物围绕该红色彩色滤光片，该蓝色彩色滤光片与该绿色彩色滤光片接触；或该隔离分隔物围绕该蓝色彩色滤光片，该红色彩色滤光片与该绿色彩色滤光片接触；或该隔离分隔物围绕该两个绿色彩色滤光片中的一个，另一个该绿色彩色滤光片与该红色和该蓝色彩色滤光片接触。
3.如权利要求1所述的影像感测器，其中该隔离分隔物的材料包含氧化硅或一具有一折射率低于氧化硅的折射率的材料。
4.如权利要求1所述的影像感测器，还包括一微透镜结构设置于该彩色滤光片阵列上方，其中该隔离分隔物的材料与该微透镜结构的材料相同。
5.如权利要求1所述的影像感测器，还包括：
一微透镜结构，设置于该彩色滤光片阵列上方；
一遮光层，设置于该彩色滤光片阵列下方；
一高介电常数膜，设置于该半导体基底上；
一缓冲层，设置于该高介电常数膜上；以及
一护层，设置于该缓冲层上且覆盖该遮光层。
6.如权利要求1所述的影像感测器，还包括：
一微透镜结构，设置于该彩色滤光片阵列上方；
一高介电常数膜，设置于该半导体基底上；
一缓冲层，设置于该高介电常数膜上；以及
一遮光层与该彩色滤光片阵列设置于该缓冲层的一顶面上，
其中该遮光层具有一网格形状，且设置在该第一、该第二和该第三彩色滤光片之间，该遮光层的顶端低于该彩色滤光片阵列的顶端，且该隔离分隔物设置在该遮光层上。
7.如权利要求1所述的影像感测器，其中该隔离分隔物和被该隔离分隔物围绕的一个该彩色滤光片的面积总和等于未被该隔离分隔物围绕的其他该些彩色滤光片的一个彩色滤光片的面积。
8.一种影像感测器，包括：
一半导体基底，含有多个光电转换元件；
一滤光片阵列，包含一第一彩色滤光片、一第二彩色滤光片、一第三彩色滤光片和一红外线滤光片，设置于该半导体基底上；以及
一隔离分隔物，设置在该滤光片阵列中，围绕该第一、该第二、该第三彩色滤光片和该红外线滤光片的其中之一，且该第一、该第二和该第三彩色滤光片和该红外线滤光片的其中之另两者互相接触，其中该隔离分隔物具有一折射率低于该第一、该第二和该第三彩色滤光片的折射率，且低于该红外线滤光片的折射率；
其中隔离分隔物设置在影像感测器的一个像素中，且不会延伸至相邻的像素中；以及
隔离分隔物和被隔离分隔物围绕的滤光片的面积总和等于其他未被隔离分隔物围绕的滤光片中的单一个滤光片的面积。
9.如权利要求8所述的影像感测器，其中该滤光片阵列包含一红色彩色滤光片、一绿色彩色滤光片、一蓝色彩色滤光片和该红外线滤光片，且其中该隔离分隔物围绕该红色彩色滤光片，该绿色彩色滤光片与该蓝色彩色滤光片和该红外线滤光片接触；或该隔离分隔物围绕该蓝色彩色滤光片，该绿色彩色滤光片与该红色彩色滤光片和该红外线滤光片接触；或该隔离分隔物围绕该红外线滤光片，该绿色彩色滤光片与该红色和该蓝色彩色滤光片接触。
10.如权利要求8所述的影像感测器，还包括一额外的隔离分隔物设置在该滤光片阵列中，其中该滤光片阵列包含一红色彩色滤光片、一绿色彩色滤光片、一蓝色彩色滤光片和该红外线滤光片，该隔离分隔物和该额外的隔离分隔物分别围绕该红色和该蓝色彩色滤光片，且该红外线滤光片与该绿色彩色滤光片接触，该隔离分隔物和该额外的隔离分隔物的材料包含氧化硅或一具有一折射率低于氧化硅的折射率的材料。
11.如权利要求8所述的影像感测器，其中该滤光片阵列是以该滤光片阵列的一重复单元内具有八个绿色彩色滤光片、四个红外线滤光片、两个红色彩色滤光片和两个蓝色彩色滤光片的方式排列，或者以该滤光片阵列的一重复单元内具有八个绿色彩色滤光片、四个蓝色彩色滤光片、两个红色彩色滤光片和两个红外线滤光片的方式排列。
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