CN106549026B - 固态成像装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供固态成像装置，包含基底具有多个光电转换元件排列成像素阵列，彩色滤光层含有多个彩色滤光部件设置于光电转换元件之上，以及分隔网格含有多个分隔物，每个分隔物设置在两个相邻的彩色滤光部件之间，且彩色滤光层与分隔网格设置在同一层中。此外，分隔物包含第一分隔物设置在像素阵列的中心线，以及第二分隔物设置在像素阵列的边缘，且第二分隔物的顶部宽度大于第一分隔物的顶部宽度。本公开可应用在BSI和FSI成像装置，提高位于像素阵列边缘的像素的灵敏度和量子效率(QE)，且进一步改善固态成像装置的角响应(AR)。

Description

固态成像装置
技术领域
本发明涉及成像装置，特别有关于固态成像装置的分隔网格。
背景技术
固态成像装置例如电荷耦合元件(charge coupled device；CCD)影像感测器和互补式金属氧化半导体(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)影像感测器已经广泛地用在各种影像拍摄设备中，例如数字摄影机、数字相机等类似的设备。在固态成像装置中，多个像素排列在半导体基底例如硅晶片上，每一个像素具有一个光电转换器例如光电二极管(photodiodes)，光电二极管接收入射光线后会进行光电转换而产生信号电荷，通过CCD型或CMOS型的读取电路可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而大致区分为两个种类，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则具有读取电路的导线层形成于其上。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并无导线层形成于其上。此外，为了彩色影像的成像，在前照式(FSI)和背照式(BSI)成像装置中通常会提供彩色滤光片，并且在前照式和背照式成像装置中可具有遮光格子状结构来阻隔像素之间的光线，以避免混色现象发生。在前照式和背照式成像装置中，于成像装置的像素阵列的全部位置上的遮光格子状结构通常具有一致的宽度和高度。
发明内容
在固态成像装置中，入射光线通常是以倾斜角度照射至像素阵列的边缘，并且入射光线通常是以垂直角度照射至像素阵列的中心，上述倾斜角度大于垂直角度。入射光线的角度是以固态成像装置的光接收面的法线(normal line)为基准开始计算，例如，入射光线照射至像素阵列边缘的倾斜角度通常约为±20度至±40度，且入射光线照射至像素阵列中心的垂直角度约为0度。若像素中的光电转换元件接收到具倾斜角度的入射光线会导致灵敏度降低，因此，位于像素阵列边缘作为光电转换元件的光电二极管的灵敏度低于像素阵列中心的光电二极管的灵敏度。
依据本公开的实施例，提供固态成像装置的分隔网格(partition grid)的各种尺寸设计，以提高在像素阵列边缘的光电二极管的灵敏度。此外，固态成像装置的分隔网格的各种尺寸设计还可以让位于像素阵列边缘的光电二极管的灵敏度一致。因此，依据本公开的实施例也可以提升固态成像装置的角响应(angular response，AR)，使得位于固态成像装置的像素阵列边缘作为光电转换元件的光电二极管具有一致的量子效率(quantumefficiency，QE)。如此，在固态成像装置的像素阵列边缘的那些像素在颜色或其他效应例如量子效率和灵敏度上的效能会是对称的。
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，基底含有多个光电转换元件排列成像素阵列。此固态成像装置也包含彩色滤光层，彩色滤光层含有多个彩色滤光部件，并设置于这些光电转换元件之上。此固态成像装置还包含分隔网格，分隔网格含有多个分隔物，每个分隔物设置于两个相邻的彩色滤光部件之间，并且彩色滤光层和分隔网格设置于同一层中。此外，这些分隔物包含第一分隔物设置在像素阵列的中心线及第二分隔物设置在像素阵列的边缘，且第二分隔物的顶部宽度大于第一分隔物的顶部宽度。
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，基底含有多个光电转换元件排列成像素阵列。此固态成像装置也包含彩色滤光层，彩色滤光层含有多个彩色滤光部件，并且设置于这些光电转换元件之上。此固态成像装置还包含分隔网格，分隔网格含有多个分隔物，每个分隔物围绕一个彩色滤光部件，且彩色滤光层和分隔网格设置于同一层中。此外，彩色滤光层的一单元是由多种彩色滤光部件构成，在单元中的一个彩色滤光部件被第一分隔物围绕，在此单元中的其他彩色滤光部件被第二分隔物围绕，且第一分隔物的顶部宽度大于第二分隔物的顶部宽度。
本公开可应用在BSI和FSI成像装置，提高位于像素阵列边缘的像素的灵敏度和量子效率(QE)，且进一步改善固态成像装置的角响应(AR)。
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1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；
图2显示依据本公开的一些实施例，固态成像装置的分隔网格的平面示意图；
图3A-3F显示依据本公开的一些实施例，固态成像装置的各种分隔网格的多个分隔物的剖面示意图，其是沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，从像素阵列的中心线CL至边缘E；
图4A显示依据本公开的一些实施例，在固态成像装置中被局部的分隔网格所围绕的彩色滤光层的一单元的平面示意图，此单元是由多种彩色滤光部件构成；
图4B-4C显示依据本公开的一些实施例，沿着图4A的剖面线4-4’，在固态成像装置中被各种分隔网格围绕的彩色滤光层的一单元的剖面示意图，此单元是由多种彩色滤光部件构成；
图5显示依据本公开的一些实施例，具有各种顶部宽度的分隔物的固态成像装置的R、G、B和W像素的量子效率(QE)对波长的曲线图；
图6A显示入射光线照射在不具有本公开的分隔网格的尺寸设计的固态成像装置的像素回应对入射光线角度的曲线图；
图6B显示入射光线照射在具有依据本公开的一些实施例的分隔网格的尺寸设计的固态成像装置的像素回应对入射光线角度的曲线图。
其中，附图标记说明如下：
100～固态成像装置；
102～基底；
102F～基底的正面；
102R～基底的背面；
104～导线层；
106～光电转换元件；
107～护层；
108～分隔网格；
108’～局部的分隔网格；
108P、108P-1、108P-2、108P-3、108P-4、108P-5、108P-CL、108P-E～分隔物；
108P-A～第一遮光分隔物；
108P-B～第二遮光分隔物；
110～像素阵列；
120～彩色滤光层；
120-S、120-A、120-B、120-C、120-D～彩色滤光部件；
130～微透镜结构；
140、141～入射光线；
150～单元；
P～像素；
C～像素阵列的中心；
E～像素阵列的边缘；
CL～像素阵列的中心线；
WCL、WE、TW1、TW2、TW3、TW4、TW5、TWA、TWB～顶部宽度；
BW1、BW2、BW3、BW4、BW5、BWA、BWB～底部宽度；
p1、p2、p3、p4～间距；
H、H1、H2、H3、H4、H5～高度；
A1～第一区；
A2～第一区。
具体实施方式
参阅图1，其显示依据本公开的一些实施例，固态成像装置100的剖面示意图。固态成像装置100可由互补式金属氧化半导体(CMOS)影像感测器或电荷耦合元件(CCD)影像感测器形成，固态成像装置100包含基底102，例如为半导体基底，其具有正面102F和背面102R，半导体基底可以是晶圆或晶片。基底102含有多个光电转换元件106形成于其中，且这些光电转换元件106排列成像素阵列，光电转换元件106例如为光电二极管，因此在后续的描述中将光电转换元件106称为光电二极管106。每个光电二极管106是各自设置在固态成像装置100的像素阵列的一个像素P(pixel)中，并且基底102中的这些光电二极管106互相隔离。虽然图1中仅显示出四个像素，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106形成在基底102的背面102R上，而包含固态成像装置100所需的各种导线和电子电路的导线层104则形成在基底102的正面102F上。入射光线140和141照射在基底102的背面102R上，并且被光电二极管106接收，因此图1所示的固态成像装置100也称为背照式(BSI)成像装置。如图1所示，在背照式(BSI)成像装置中，入射光线140和141照射在基底102的背面102R上并到达光电二极管106，在此过程中入射光线不会穿过形成在基底102正面102F上的导线层104。
在一些其他实施例中，固态成像装置可以是前照式(FSI)成像装置，入射光线照射在基底的正面上，穿过导线层然后被形成在基底背面上的光电二极管接收。由于在前照式成像装置中入射光线穿透后抵达光电二极管的路径比在背照式成像装置中的路径更远，因此倾斜的入射光线照射在背照式成像装置的像素阵列边缘对于角响应(AR)和量子效率(QE)造成的效应相较于其在前照式成像装置中造成的效应更恶化。本公开所提供的实施例对于背照式成像装置的角响应(AR)和量子效率(QE)上的提升程度比在前照式成像装置中的提升程度更大。
如图1所示，入射光线140和141通常以不同的角度照射在固态成像装置100的像素阵列的中心C和边缘E上，入射光线141是以倾斜角度照射在固态成像装置100的像素阵列的边缘E上，此倾斜角度例如约±20度至约±40度，其是以基底102的背面102R的法线(normalline)为基准开始计算。另外，入射光线140是以垂直角度照射在固态成像装置100的像素阵列的中心C上，此垂直角度例如约0度，其同样是以基底102的背面102R的法线为基准开始计算。照射在固态成像装置100的像素阵列边缘E上的入射光线141的主光线角度(chief rayangle；CRA)大于照射在像素阵列中心C上的入射光线140的主光线角度(CRA)。因此，在固态成像装置100的像素阵列边缘E处接收到较大主光线角度(CRA)的倾斜入射光线141的光电二极管106，其量子效率(QE)和灵敏度会低于在像素阵列中心C处接收到较小主光线角度(CRA)的垂直入射光线140的光电二极管106的量子效率(QE)和灵敏度。
依据本公开的一些实施例，如图1所示，固态成像装置100还包含分隔网格(partition grid)108设置在基底102的背面102R之上，分隔网格108包含多个分隔物108P。在一些实施例中，从像素阵列的中心C至边缘E，分隔物108P的顶部宽度和底部宽度是增加的。虽然图1仅绘示五个分隔物，分隔网格108实际上具有更多的分隔物排列成如图2所示的多个互相交叉的行和列。
在一些实施例中，固态成像装置100还包含护层(passivation layer)107形成在基底102的背面102R且覆盖光电转换元件106。此外，护层107具有平坦的表面。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。
如图1所示，固态成像装置100还包含彩色滤光层120形成在护层107的平坦表面上。彩色滤光层120包含多个彩色滤光部件120-S，并设置在光电转换元件106之上，每个彩色滤光部件120-S对应至一个各别的光电转换元件106。虽然图1仅绘示四个彩色滤光部件，实际上彩色滤光层120包含更多的彩色滤光部件。在一些实施例中，彩色滤光部件120-S是以适当方式排列的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的三原色的彩色滤光部件。在一些其他实施例中，彩色滤光部件120-S还包含白色(W)彩色滤光部件与R、G和B彩色滤光部件以适当的排列方式一起排列。
在一些实施例中，彩色滤光层120和分隔网格108设置在护层107上方的同一层中。在一些实施例中，分隔网格108的每个分隔物，除了在像素阵列边缘处的分隔物之外，都设置在两个相邻的彩色滤光部件之间。例如，每个分隔物108P设置在两个相邻的彩色滤光部件120-S之间。
在一些实施例中，分隔网格108可通过沉积、微影和蚀刻工艺形成，或者分隔网格108可由印刷工艺形成。
另外，如图1所示，固态成像装置100也包含微透镜结构130设置在彩色滤光层120和分隔网格108组成的共平面的表面上，微透镜结构130具有多个排列成阵列的微透镜元件。提供微透镜结构130可使得入射光线更有效率地照射至光电二极管106上。在一些实施例中，固态成像装置100还包含以化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)方式形成的氧化物薄膜(未绘示)沉积在微透镜结构130的表面上。此化学气相沉积薄膜的材料包含氧化硅、氮化硅或前述的组合。
参阅图2，其显示依据一些实施例，固态成像装置100的分隔网格108的平面示意图。分隔网格108包含多个分隔物108P，从像素阵列110的中心线CL至边缘E，这些分隔物的顶部宽度具有不同的尺寸。设置在像素阵列110的中心线CL的分隔物108P-CL具有顶部宽度WCL，设置在像素阵列110的边缘E的分隔物108P-E具有顶部宽度WE，分隔物108P-E的顶部宽度WE大于分隔物108P-CL的顶部宽度WCL。在一些实施例中，分隔网格108由光线可穿透的材料制成，因此照射在固态成像装置100的入射光线可以穿透分隔网格108的分隔物108P。此外，分隔网格108的折射率低于彩色滤光层120的折射率。因此，在分隔物108P与彩色滤光部件120-S之间的界面处会发生全反射现象。在一些实施例中，分隔网格108的材料为低折射率材料，例如氧化硅或有机光致抗蚀剂材料。
依据这些实施例，在像素阵列110的边缘E的分隔物108P-E具有较大的顶部宽度WE，如此可以让较大量的入射光线穿透，并且传递至位于固态成像装置100的像素阵列110边缘E处的光电二极管106。因此，当固态成像装置100接收到如图1所示的倾斜的入射光线141时，在像素阵列110的边缘E的分隔物108P-E具有较大的顶部宽度WE可以提高位于像素阵列110边缘E的光电二极管106的量子效率(QE)和灵敏度。因此，依据这些实施例的分隔网格108的尺寸，可以改善固态成像装置100的晶片边缘回应(chip edge response)。另外，也可通过这些实施例的分隔网格108的尺寸来改善固态成像装置100的角响应(AR)，并且藉此让像素阵列的边缘达到一致的效能。
参阅图3A，其是显示依据本公开的一些实施例，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，从像素阵列的中心线CL至边缘E，固态成像装置100的分隔网格108的多个分隔物108P-1至108P-5的剖面示意图。在这些实施例中，分隔网格108的每个分隔物108P-1至108P-5各自具有顶部宽度TW1至TW5，顶部宽度TW1至TW5与其各自对应的底部宽度BW1至BW5相同。例如，TW1＝BW1、TW2＝BW2、TW3＝BW3、TW4＝BW4且TW5＝BW5。因此，分隔网格108的全部分隔物都具有垂直的侧壁。此外，分隔网格108的全部分隔物都具有相同的高度H。
另外，从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔物108P-1至108P-5所具有的顶部宽度TW1至TW5彼此不同。此外，从固态成像装置100的像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔物108P-1至108P-5的顶部宽度TW1至TW5是逐渐增加的。在分隔网格108的边缘E的分隔物108P-5的顶部宽度TW5大于其他分隔物108P-1至108P-4的顶部宽度TW1至TW4，如此可以提高位于固态成像装置100的像素阵列边缘的像素的灵敏度。
此外，在一些实施例中，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，分隔网格108的全部分隔物的间距(pitch)，例如分隔物108P-1至108P-5的间距P1、p2、p3和p4是相等的。在固态成像装置100中，分隔网格108的全部分隔物以相同间距排列。像素阵列的每个像素含有一个彩色滤光部件和一个分隔物，在一些实施例中，像素阵列的全部像素可具有相同的面积尺寸。此外，在一些实施例中，彩色滤光层的全部彩色滤光部件可具有相同的面积尺寸。在一些其他实施例中，彩色滤光层的全部彩色滤光部件可具有不同的面积尺寸。
在一些其他实施例中，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，分隔网格108的全部分隔物的间距，例如分隔物108P-1至108P-5的间距p1、p2、p3和p4是彼此不同的。在固态成像装置100中，沿着X轴方向和Y轴方向，从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔网格108的分隔物是以逐渐增加间距的方式排列，或者以逐渐减少间距的方式排列，像素阵列的像素可具有不同的面积尺寸。此外，在一些实施例中，彩色滤光层的全部彩色滤光部件具有相同的面积尺寸。在一些其他实施例中，彩色滤光层的全部彩色滤光部件具有不同的面积尺寸。
参阅图3B，其是显示依据本公开的一些实施例，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，从像素阵列的中心线CL至边缘E，固态成像装置100的分隔网格108的多个分隔物108P-1至108P-5的剖面示意图。在这些实施例中，从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔网格108的分隔物108P-1至108P-5所具有的高度H1至H5是彼此不同的。在一些实施例中，从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔物108P-1至108P-5的高度H1至H5逐渐增加。在图3B的实施例中，分隔网格108的分隔物108P-1至108P-5，除了高度H1至H5之外，在顶部宽度、底部宽度、间距和材料方面的其他状况可以与图3A的实施例相同。此外，图3B的实施例的像素阵列在像素面积尺寸方面的状况可以与图3A的实施例相同。
在图3B的实施例中，分隔网格108在像素阵列的边缘E的分隔物108P-5相较于其他分隔物108P-1至108P-4具有较大的顶部宽度TW5和较高的高度H5。因此，分隔网格108的分隔物在顶部宽度和高度的尺寸可提高位于固态成像装置100的像素阵列边缘E处的像素的灵敏度。
参阅图3C，其是显示依据本公开的一些实施例，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，从像素阵列的中心线CL至边缘E，固态成像装置100的分隔网格108的多个分隔物108P-1至108P-5的剖面示意图。在这些实施例中，分隔网格108设置在像素阵列的第一区A1的分隔物108P-1至108P-2所具有的顶部宽度TW1至TW2小于其各自的底部宽度BW1至BW2。例如，分隔物108P-1的顶部宽度TW1小于其底部宽度BW1，且分隔物108P-2的顶部宽度TW2小于其底部宽度BW2。
分隔网格108设置在像素阵列的第二区A2的分隔物108P-3至108P-5的顶部宽度TW3至TW5与其各自的底部宽度BW3至BW5相同。例如，TW3＝BW3、TW4＝BW4且TW5＝BW5。
在一些实施例中，第一区A1是定义为被入射光线以0至±20度照射的区域，第二区A2是定义为被入射光线以大于±20度照射的区域。在这些实施例中，第二区A2的分隔物108P-3至108P-5的顶部宽度TW3至TW5大于第一区A1的分隔物108P-1至108P-2的顶部宽度TW1至TW2。此外，分隔网格108的全部分隔物108P-1至108P-5具有相同的高度H。
如图3C所示，在第一区A1的每个分隔物108P-1至108P-2具有梯形的剖面和倾斜的侧壁，在第二区A2的每个分隔物108P-3至108P-5具有矩形的剖面和垂直的侧壁。第二区A2的分隔物108P-3至108P-5的垂直侧壁所产生的全反射角度会大于第一区A1的分隔物108P-1至108P-2的倾斜的侧壁所产生的全反射角度。此外，相较于第一区A1的分隔物108P-1至108P-2的顶部宽度TW1至TW2，第二区A2的分隔物108P-3至108P-5具有较大的顶部宽度TW3至TW5。因此，在第二区A2被入射光线以大于±20度照射的分隔物108P-3至108P-5可以提高位于第二区A2的像素的灵敏度，第二区A2的像素包含位于固态成像装置100的像素阵列边缘E的像素。
在一些实施例中，位于第一区A1的分隔物具有相同的顶部宽度TW1至TW2和相同的底部宽度BW1至BW2，例如，TW1＝TW2且BW1＝BW2。此外，位于第二区A2的分隔物具有相同的顶部宽度TW3至TW5和相同的底部宽度BW3至BW5，例如，TW3＝TW4＝TW5且BW3＝BW4＝BW5。
在一些其他实施例中，设置在像素阵列的第一区A1的分隔物108P-1至108P-2的顶部宽度TW1至TW2是彼此不同的。此外，分隔物108P-1的底部宽度BW1与分隔物108P-2的底部宽度BW2不同。设置在像素阵列的第二区A2的分隔物108P-3至108P-5的顶部宽度TW3至TW5是彼此不同的，此外，设置在像素阵列的第二区A2的分隔物108P-3至108P-5的底部宽度BW3至BW5也是彼此不同的。例如，TW3≠TW4≠TW5且BW3≠BW4≠BW5。在一些实施例中，沿着从像素阵列的中心线CL至边缘E的方向，第一区A1的分隔物108P-1至108P-2的顶部宽度TW1至TW2是逐渐增加的，沿着从像素阵列的中心线CL至边缘E的方向，第二区A2的分隔物108P-3至108P-5的顶部宽度TW3至TW5也是逐渐增加的。
另外，在一些实施例中，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，分隔网格108的全部分隔物的间距，例如分隔物108P-1至108P-5的间距p1、p2、p3和p4是相等的。此外，像素阵列的全部像素具有相同的面积尺寸。
在一些其他实施例中，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，分隔网格108的全部分隔物的间距，例如分隔物108P-1至108P-5的间距p1、p2、p3和p4是彼此不同的。从像素阵列的中心线CL至边缘E，沿着X轴方向和Y轴方向，分隔网格108的分隔物可以采用逐渐增加间距或逐渐减少间距的方式排列。此外，像素阵列的全部像素可具有不同的面积尺寸。
参阅图3D，其是显示依据本公开的一些实施例，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，从像素阵列的中心线CL至边缘E，固态成像装置100的分隔网格108的多个分隔物108P-1至108P-5的剖面示意图。在这些实施例中，从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔网格108的分隔物108P-1至108P-5具有彼此不同的高度H1至H5。在一些实施例中，从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔物108P-1至108P-5的高度H1至H5是逐渐增加的。在图3D的实施例中，分隔网格108的分隔物108P-1至108P-5在顶部宽度、底部宽度、间距和材料方面的其他状况可以与图3C的实施例相同。此外，图3D的实施例的像素阵列在像素面积尺寸方面的状况也可以与图3C的实施例相同。
在图3D的实施例中，相较于在像素阵列的其他区域的其他分隔物108P-1至108P-4的顶部宽度TW1至TW4和高度H1至H4，位于像素阵列边缘E的分隔物108P-5具有较大的顶部宽度TW5和较高的高度H5。因此，分隔网格108在像素阵列边缘E的分隔物的尺寸可以提高位于固态成像装置100的像素阵列边缘E的像素的灵敏度。
参阅图3E，其是显示依据本公开的一些实施例，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，从像素阵列的中心线CL至边缘E，固态成像装置100的分隔网格108的多个分隔物108P-1至108P-5的剖面示意图。在这些实施例中，从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔网格108的分隔物108P-1至108P-5的顶部宽度TW1至TW5是彼此不同的。此外，从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔物108P-1至108P-5的底部宽度BW1至BW5也是彼此不同的。
从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔物108P-1至108P-5的顶部宽度TW1至TW5是逐渐增加的，且从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔物108P-1至108P-5的底部宽度BW1至BW5是逐渐减少的。另外，分隔物108P-1至108P-4的顶部宽度TW1至TW4小于其各自的底部宽度BW1至BW4，在像素阵列边缘E的分隔物108P-5的顶部宽度TW5则是等于其底部宽度BW5。
在这些实施例中，每个分隔物108P-1至108P-5各自具有其顶部宽度对底部宽度的比值，从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔物108P-1至108P-5的顶部宽度对底部宽度的这需比值是逐渐增加的。此外，在像素阵列边缘E的分隔物108P-5的顶部宽度对底部宽度的比值等于1，在像素阵列的其他区域的分隔物108P-1至108P-4的顶部宽度对底部宽度的这些比值则小于1。另外，分隔网格108的全部分隔物具有相同的高度H，例如，分隔物108P-1至108P-5具有相同的高度H。
另外，在一些实施例中，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，分隔网格108的全部分隔物的间距，例如分隔物108P-1至108P-5的间距p1、p2、p3和p4是相等的。此外，像素阵列的全部像素可具有相同的面积尺寸。
在一些其他实施例中，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，分隔网格108的全部分隔物的间距，例如分隔物108P-1至108P-5的间距p1、p2、p3和p4是彼此不同的。从像素阵列的中心线CL至边缘E，沿着X轴方向和Y轴方向，分隔网格108的分隔物可以采用逐渐增加间距或逐渐减少间距的方式排列。此外，像素阵列的全部像素可具有不同的面积尺寸。
如图3E所示，不在像素阵列边缘E的每个分隔物108P-1至108P-4具有梯形的剖面和倾斜的侧壁，而位在像素阵列边缘E的分隔物108P-5则具有矩形的剖面和垂直的侧壁。位在像素阵列边缘E的分隔物108P-5的垂直侧壁所产生的全反射效果相较于分隔物108P-1至108P-4的倾斜侧壁所产生的全反射效果更佳。此外，相较于分隔物108P-1至108P-4的顶部宽度，位在像素阵列边缘E的分隔物108P-5具有较大的顶部宽度TW5。因此，当固态成像装置100接收倾斜的入射光线照射时，在像素阵列边缘E的分隔物的剖面形状和尺寸设计可以提高像素阵列边缘E的像素的量子效率(QE)和灵敏度。
参阅图3F，其是显示依据本公开的一些实施例，沿着图2所示的X轴方向和Y轴方向，从像素阵列的中心线CL至边缘E，固态成像装置100的分隔网格108的多个分隔物108P-1至108P-5的剖面示意图。在这些实施例中，从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔网格108的分隔物108P-1至108P-5的高度H1至H5是彼此不同的。在一些实施例中，从像素阵列的中心线CL至边缘E，分隔物108P-1至108P-5的高度H1至H5逐渐增加。在图3F的实施例中，分隔网格108的分隔物108P-1至108P-5在顶部宽度、底部宽度、间距和材料方面的其他状况可以与图3E的实施例相同。此外，图3F的实施例的像素阵列在像素面积尺寸方面的状况可以与图3E的实施例相同。
在图3F的实施例中，相较于其他分隔物108P-1至108P-4的顶部宽度TW1至TW4和高度H1至H4，位于像素阵列边缘E的分隔物108P-5具有较大的顶部宽度TW5和较高的高度H5。因此，在像素阵列边缘E的分隔物的尺寸设计可以提高固态成像装置100的像素阵列边缘E的像素的灵敏度和量子效率(QE)。
参阅图4A，其显示依据一些实施例，在固态成像装置100中被局部的分隔网格108’围绕的多种彩色滤光部件120-A至120-D的单元150的平面图。图4A所示的单元150可以是图1的彩色滤光层120和分隔网格108的一个重复单元，在这些实施例中，固态成像装置100的其他元件可以与图1所示的固态成像装置100的其他元件相同，在此不重述以简化说明。
如图4A所示，局部的分隔网格108’的每个分隔物108P-A至108P-B分别围绕彩色滤光部件120-A至120-D中的一个部件，像素阵列的一个像素含有一个彩色滤光部件和一个分隔物。在这些实施例中，如图1所示，彩色滤光层120和分隔网格108是设置在固态成像装置100的同一层中。换言之，彩色滤光部件120-A至120-D和局部的分隔网格108’的分隔物108P-A至108P-B是设置在固态成像装置的同一层中。此外，分隔网格108的折射率低于彩色滤光层120的折射率。换言之，分隔物108P-A至108P-B的折射率低于彩色滤光部件120-A至120-D的折射率。
在一些实施例中，单元150中的一个彩色滤光部件120-A被具有顶部宽度TWA的第一分隔物108P-A围绕，单元150中的其他彩色滤光部件120-B至120-D的每一个部件被具有顶部宽度TWB的第二分隔物108P-B围绕。在这些实施例中，第一分隔物108P-A的顶部宽度TWA大于第二分隔物108P-B的顶部宽度TWB。
在一些实施例中，第一分隔物108P-A围绕的彩色滤光部件120-A的颜色与第二分隔物108P-B围绕的其他彩色滤光部件120-B至120-D的颜色不同。例如，彩色滤光部件120-A为红色，且其他彩色滤光部件120-B至120-D为绿色和蓝色。围绕彩色滤光部件120-A的第一分隔物108P-A的顶部宽度TWA大于围绕其他彩色滤光部件120-B至120-D的第二分隔物108P-B的顶部宽度TWB。因此，固态成像装置100的具有第一分隔物108P-A的像素因为其分隔物具有较大的顶部宽度TWA而提高了此像素的灵敏度和量子效率(QE)。
图4B为依据本公开的一些实施例，沿着图4A所示的剖面线4-4’，被局部的分隔网格108’围绕的多种彩色滤光部件120-A至120-D的单元150的剖面示意图。在这些实施例中，第一分隔物108P-A的顶部宽度TWA对底部宽度BWA的比值等于1，第二分隔物108P-B的顶部宽度TWB对底部宽度BWB的比值也等于1，因此，第一分隔物108P-A和第二分隔物108P-B都具有矩形的剖面和垂直的侧壁。
此外，第一分隔物108P-A的顶部宽度TWA和底部宽度BWA大于第二分隔物108P-B的顶部宽度TWB和底部宽度BWB。另外，在一些实施例中，第一分隔物108P-A和第二分隔物108P-B具有相同的高度H。在这些实施例中，围绕彩色滤光部件120-B至120-D的第二分隔物108P-B具有相同的顶部宽度TWB和相同的底部宽度BWB。在一些其他实施例中，围绕彩色滤光部件120-B至120-D的第二分隔物108P-B可具有不同的顶部宽度和不同的底部宽度。
图4C为依据本公开的一些实施例，沿着图4A所示的剖面线4-4’，被局部的分隔网格108’围绕的多种彩色滤光部件120-A至120-D的单元150的剖面示意图。在这些实施例中，第一分隔物108P-A的顶部宽度TWA对底部宽度BWA的比值等于1，第二分隔物108P-B的顶部宽度TWB对底部宽度BWB的比值小于1。第一分隔物108P-A具有矩形的剖面和垂直的侧壁，第二分隔物108P-B具有梯形的剖面和倾斜的侧壁。
此外，第一分隔物108P-A的顶部宽度TWA大于第二分隔物108P-B的顶部宽度TWB，第一分隔物108P-A的底部宽度BWA可以等于或小于第二分隔物108P-B的底部宽度BWB。在一些实施例中，第一分隔物108P-A和第二分隔物108P-B具有相同的高度H。在一些其他实施例中，第一分隔物108P-A和第二分隔物108P-B具有不同的高度。在这些实施例中，围绕彩色滤光部件120-B至120-D的第二分隔物108P-B具有相同的顶部宽度和相同的底部宽度。在一些其他实施例中，围绕彩色滤光部件120-B至120-D的第二分隔物108P-B可具有不同的顶部宽度和不同的底部宽度。
在图4C的实施例中，围绕彩色滤光部件120-A的第一分隔物108P-A的顶部宽度TWA大于围绕彩色滤光部件120-B至120-D的第二分隔物108P-B的顶部宽度TWB。另外，第一分隔物108P-A的垂直侧壁所产生的全反射效果比第二分隔物108P-B的倾斜侧壁所产生的全反射效果更佳。因此，在固态成像装置100中具有第一分隔物108P-A的像素的灵敏度和量子效率(QE)因为第一分隔物108P-A的较大顶部宽度TWA和垂直侧壁而提高。
在一些实施例中，可以通过在红色、蓝色和绿色像素中分隔物的尺寸设计，使得红色和蓝色像素的灵敏度和量子效率(QE)调整成与绿色像素的灵敏度和量子效率(QE)一致。在一些实施例中，在固态成像装置100的特定区域的像素的灵敏度和量子效率(QE)可以通过在特定区域的分隔物的尺寸设计被调整成比固态成像装置100的其他区域的像素的灵敏度和量子效率(QE)更高，固态成像装置100的特定区域可依据产品的需求而决定。
在图4A-4C的实施例中，像素阵列的每个像素包含一个彩色滤光部件和一个分隔物。在一些实施例中，像素阵列的全部像素具有相同的面积尺寸。在一些其他实施例中，像素阵列的像素具有不同的面积尺寸，例如，对应至彩色滤光部件120-A至120-D的像素可具有四个不同的面积尺寸。
图5为依据一些实施例，具有各种顶部宽度GW1至GW5的分隔物的固态成像装置的R、G、B和W像素的量子效率(QE)对波长的曲线图，例如GW1＝0.1nm、GW2＝0.15nm、GW3＝0.2nm、GW4＝0.25nm、GW5＝0.3nm。如图5所示的结果，具有较大顶部宽度例如GW2至GW5的分隔物的R、G、B和W像素具有较高的量子效率(QE)数值。因此，具有较大顶部宽度的分隔物可提高固态成像装置的像素的量子效率(QE)。
图6A显示不具有本公开的分隔网格的尺寸设计的固态成像装置，其像素回应(pixel response)对入射光线角度的曲线图。如图6A所示，像素阵列的中心C被垂直的入射光线以0度的角度照射，其得到的像素回应(比值)等于1，而像素阵列的边缘被倾斜的入射光线以±40度的角度照射，其得到的像素回应(比值)低于0.2。
图6B显示具有依据本公开的一些实施例的分隔网格的尺寸设计的固态成像装置，其像素回应(pixel response)对入射光线角度的曲线图。如图6B所示，像素阵列的中心C被垂直的入射光线以0度的角度照射，其得到的像素回应(比值)等于1，而像素阵列的边缘被倾斜的入射光线以±40度的角度照射，其得到的像素回应(比值)高于0.2。
如图6A和图6B所示的结果，图6B的像素阵列边缘E的像素回应数值高于图6A的像素阵列边缘E的像素回应数值。此外，图6B的像素阵列边缘E的像素回应数值是对称的。因此，依据本公开的分隔网格的尺寸设计，也可以改善固态成像装置的角响应(AR)。
依据本公开的实施例，分隔网格的设置在固态成像装置的像素阵列边缘的分隔物的顶部宽度大于其他分隔物的顶部宽度。再者，分隔网格的材料为低折射率材料，其可以让入射光线穿透分隔物并且被固态成像装置的光电转换元件收集到。因此，设置在像素阵列边缘的分隔物具有较大的顶部宽度可以提高位于像素阵列边缘的像素的灵敏度和量子效率(QE)。
此外，在这些实施例中，分隔网格的折射率低于彩色滤光层的折射率，因此，在分隔网格的分隔物与彩色滤光层的彩色滤光部件之间的界面处会发生全反射现象。依据本公开的实施例，设置在固态成像装置的像素阵列边缘的分隔网格的分隔物具有垂直的侧壁，分隔物的垂直侧壁所产生的全反射角度大于分隔物的倾斜侧壁所产生的全反射角度，较大的全反射角度有利于固态成像装置的光电转换元件收集到较大量的入射光线，因此，设置在像素阵列边缘的分隔物具有垂直侧壁可提高位于像素阵列边缘的像素的灵敏度和量子效率(QE)。
再者，设置在像素阵列边缘的分隔物的尺寸设计为具有较大的顶部宽度，如此也可以改善固态成像装置的角响应(AR)。因此，位于固态成像装置的像素阵列边缘的这些像素的颜色效应和其他效能也能够达到一致和对称。
本公开的实施例可应用在BSI和FSI成像装置，提高位于像素阵列边缘的像素的灵敏度和量子效率(QE)，且进一步改善固态成像装置的角响应(AR)。
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后附的权利要求所界定为准。

Claims (9)

1.一种固态成像装置，包括：
一基底，含有多个光电转换元件排列成一像素阵列；
一彩色滤光层，包含多个彩色滤光部件，设置于该多个光电转换元件之上；以及
一分隔网格，包含多个分隔物，每个该分隔物设置于两个相邻的所述彩色滤光部件之间，且该彩色滤光层和该分隔网格设置于同一层中，
其中该多个分隔物包含一第一分隔物设置在该像素阵列的一中心线，以及一第二分隔物设置在该像素阵列的一边缘，且该第二分隔物的一顶部宽度大于该第一分隔物的一顶部宽度，其中该多个分隔物从该像素阵列的该中心线到该边缘具有不同的顶部宽度，且该多个分隔物的该多个顶部宽度从该像素阵列的该中心线到该边缘逐渐增加。
2.如权利要求1所述的固态成像装置，其中该分隔网格的折射率低于该彩色滤光层的折射率，且该分隔网格的材料包括氧化硅或有机光致抗蚀剂材料。
3.如权利要求1所述的固态成像装置，其中该多个分隔物从该像素阵列的该中心线到该边缘具有不同的高度，且该多个分隔物的该多个高度从该像素阵列的该中心线到该边缘逐渐增加。
4.如权利要求1所述的固态成像装置，其中设置在该像素阵列的一第一区的该多个分隔物具有一第一顶部宽度和一第一底部宽度，设置在该像素阵列的一第二区的该多个分隔物具有一第二顶部宽度和一第二底部宽度，入射光线以0至±20度的角度照射该第一区，并且入射光线以大于±20度的角度照射该第二区，在该第一区内该第一顶部宽度小于该第一底部宽度，在该第二区内该第二顶部宽度等于该第二底部宽度，且该第二顶部宽度大于该第一顶部宽度。
5.如权利要求1所述的固态成像装置，其中设置在该像素阵列的一第一区的该多个分隔物具有不同的顶部宽度，设置在该像素阵列的一第二区的该多个分隔物具有不同的顶部宽度，入射光线以0至±20度的角度照射该第一区，并且入射光线以大于±20度的角度照射该第二区，在该第二区的该多个分隔物的该多个顶部宽度大于在该第一区的该多个分隔物的该多个顶部宽度，且在该第一区和该第二区的该多个分隔物的该多个顶部宽度沿着一从该像素阵列的该中心线到该边缘的方向逐渐增加。
6.如权利要求5所述的固态成像装置，其中在该像素阵列的该第一区的每个该分隔物的底部宽度大于该分隔物的顶部宽度，且在该像素阵列的该第二区的每个该分隔物的底部宽度等于该分隔物的顶部宽度。
7.如权利要求1所述的固态成像装置，其中该多个分隔物从该像素阵列的该中心线到该边缘具有不同的顶部宽度和不同的底部宽度，该多个分隔物的该多个顶部宽度从该像素阵列的该中心线到该边缘逐渐增加，且该多个分隔物的该多个底部宽度从该像素阵列的该中心线到该边缘逐渐减少。
8.如权利要求1所述的固态成像装置，其中每个该分隔物具有顶部宽度对底部宽度的一比值，该多个分隔物的该多个比值从该像素阵列的该中心线到该边缘逐渐增加，且在该像素阵列的该边缘的该分隔物的该比值等于1。
9.一种固态成像装置，包括：
一基底，含有多个光电转换元件排列成一像素阵列；
一彩色滤光层，包含多个彩色滤光部件，设置于该多个光电转换元件之上；以及
一分隔网格，包含多个分隔物，每个该分隔物围绕一个该彩色滤光部件，且该彩色滤光层和该分隔网格设置于同一层中，
其中该彩色滤光层具有一单元由多种彩色滤光部件构成，在该单元中的一个彩色滤光部件的所有侧面被一第一分隔物围绕，在该单元中的其他彩色滤光部件的所有侧面被一第二分隔物围绕，且该第一分隔物的顶部宽度大于该第二分隔物的顶部宽度。
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