CN107464821B - 影像感测装置 - Google Patents
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Abstract
一种影像感测装置，包括：一半导体基板；一被动层；以及一集光元件。该半导体基板包括一感光元件，而该被动层设置于该半导体基板上。该集光元件设置于该被动层上，且包括一第一回圈、一第二回圈、与一第三回圈。该第一回圈具有一第一宽度。该第二回圈环绕该第一回圈，且具有少于该第一宽度的一第二宽度。该第三回圈环绕该第一回圈与该第二回圈，且具有少于该第一宽度与该第二宽度的一第三宽度。该集光元件对准该感光元件，且该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈包括不同的折射率。
Description
技术领域
本发明涉及影像感测装置(image sensing devices)，且特别涉及具有较佳量子效率(quantum efficiency)的一种影像感测装置。
背景技术
影像感测装置为当今如数位相机、行动电话以及玩具等众多光电装置内的必要构件之一。传统影像感测装置则包括电耦合装置(charge coupled device,CCD)影像感测装置与互补型金属氧化物半导体(complementary metal oxide oxide,CMOS)影像感测装置。
影像感测装置通常包括了平面阵列化的多个像素胞(pixel cells)，其中各像素胞包括了一光电管(photogate)、一光导体(photoconductor)或具有用于累积光电电荷用的掺杂区的一感光二极体(photodiode)。于此平面阵列化的像素胞上则叠设有由如红(R)、绿(G)或蓝(B)的不同色彩的染料所构成的周期性图样(periodic pattern)。上述的周期性图样即为公知的彩色滤光阵列(color filter array)。于彩色滤光阵列上则选择性地叠设有多个方形或圆形的微透镜(microlens)以聚焦入射光于各像素胞内的电荷累积区处。通过微透镜的使用可显著地改善了影像感测器的感测度。
然而，由于穿透微透镜的入射光并无法聚焦于此些像素胞之一的深部区域(deepregion)，如此多少限制了影像感测装置内像素胞的量子效率(quantum efficiency)而无法通过微透镜的使用而提升之。如此，恐限制了像素胞的量子效率及像素胞的感测度。
发明内容
如此，便需要一种影像感测装置，以改善影像感测装置的量子效率与感测度。
依据一实施例，本发明提供了一种影像感测装置，包括：一半导体基板；一被动层；以及一集光元件。该半导体基板包括一感光元件，而该被动层设置于该半导体基板上。该集光元件设置于该被动层上，且包括一第一回圈、一第二回圈、与一第三回圈。该第一回圈具有一第一宽度。该第二回圈环绕该第一回圈，且具有少于该第一宽度的一第二宽度。该第三回圈环绕该第一回圈与该第二回圈，且具有少于该第一宽度与该第二宽度的一第三宽度。该集光元件对准该感光元件，且该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈包括不同的折射率。
附图说明
图1为一剖面示意图，显示依据本发明的一实施例的一影像感测装置；
图2显示了图1的影像感测装置的模拟电场影像；
图3为一上视示意图，显示了图1内的影像感测装置；
图4为一剖面示意图，显示依据本发明的另一实施例的一影像感测装置；
图5为一上视示意图，显示了图4内的影像感测装置；
图6为一剖面示意图，显示依据本发明的又一实施例的一影像感测装置；
图7显示了图6的影像感测装置的模拟电场影像；
图8为一上视示意图，显示了图6内的影像感测装置；
图9为一剖面示意图，显示依据本发明的另一实施例的一影像感测装置；
图10为一上视示意图，显示了图9内的影像感测装置；
图11为一剖面示意图，显示依据本发明的又一实施例的一影像感测装置；
图12为一上视示意图，显示了图11内的影像感测装置；
图13为一剖面示意图，显示依据本发明的另一实施例的一影像感测装置；以及
图14为一上视示意图，显示了图13内的影像感测装置。
其中，附图标记说明如下：
100～影像感测装置
102～半导体基板
104～感光元件
106～被动层
108～遮光金属
110～彩色图案
116～集光元件
116a～第一回圈
116b～第二回圈
116c～第三回圈
116a1～子层
116b1～子层
116c1～子层
116a2～子层
116b2～子层
116c2～子层
116a3～子层
116b3～子层
116c3～子层
118～缓冲层
W1～宽度
W2～宽度
W3～宽度
A～入射光
B～入射光
具体实施方式
图1为一剖面示意图，显示依据本发明的一实施例的一影像感测装置100。此影像感测装置100包括具有形成于其内的一感光元件104的一半导体基板102、位于半导体基板102上的具有形成于其内的数个遮光金属(light-shielding metal)108的一被动层(passive layer)106、位于被动层106上的一彩色图案(color pattern)110、以及位于彩色图案110上的一集光元件(light-collecting element)116。
如图1所示，半导体基板102例如为一硅基板，而感光元件104可为分隔地形成于半导体基板102内的如感光二极体(photodiode)的感测元件。而被动层106可为包括用于形成位于此些感光元件104与外部电路(未显示)之间的如内连结构(未显示)的介电材料(未显示)与导电元件(未显示)的单一膜层或多重膜层，但于其内并未包括有感光元件。而形成于被动层106内的此些遮光金属108则分别形成于半导体基板102上不会覆盖感光元件104的一位置处，进而定义出遮蔽像素区内除了感光元件104以外的遮光区域及定义出露出此感光元件104的区域的一开口区域(opening area)。
此外，如图1所示，位于被动层106上的彩色图案110亦形成于感光元件104上以与之对准。位于被动层106上的彩色图案110形成于感光元件104上以聚焦及转移入射光线进入感光元件104内。于一实施例中，彩色图案110可包括择自由红色(red)、蓝色(blue)、绿色(green)与白色(W)所组成的族群中的一颜色的感光型色阻，且其可通过如旋转涂布与微影制程等制程所形成。
如图1所示，集光元件116可包括设置于彩色图案上的多个回圈(loop)，其具有不同折射率(refractive index)与宽度(width)及相同高度(height)。如图1所示，于一实施例中，集光元件116可包括分隔地设置于彩色图案110上的三个回圈，而如图1内所示的此三个回圈可包括不同折射率与宽度及相同高度。如图1内所示的集光元件116的回圈的数量仅作为解说之用，并非用以限定本发明的范畴。
如图1所示，于一实施例中，设置于彩色图案110上的此些回圈的宽度可自影像感测装置100的一中央部(center portion)至影像感测装置100的一边缘部(edge portion)减少。因此，集光元件116可包括具有一第一宽度W1的一第一回圈116a、环绕第一回圈116a且具有少于第一宽度W1的一第二宽度W2的一第二回圈116b、及环绕第二回圈116b及第一回圈116a且具有少于第二宽度W2与第一宽度W1的一第三宽度W3的一第三回圈116c。第一回圈116a、第二回圈116b、第三回圈116c具有约100-500纳米的相同高度。
如图1所示，于一实施例中，设置于彩色图案110上的此些回圈的折射率(refractive index,n)可自影像感测装置100的一中央部至影像感测装置100的一边缘部增加。于一实施例中，第一回圈116a可具有约1.4-1.7的折射率、第二回圈116b可具有约1.7-2.0的折射率、及第三回圈116c可具有约2.0-2.5的折射率。于一实施例中，第一回圈116a可包括如氧化硅、氟化钡(BaF2)或氟化钙(CaF2)的材料、第二回圈116b可包括如氧化镁(MgO)或氧化铍(BeO)的材料、及第三回圈116c可包括如二氧化铪(HfO2)、氧化钽(Ta2O5)或氧化钛(TiO2)的材料。
于一实施例中，如图1所示的集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、第三回圈116c可为分隔地形成于彩色图案110上的数个共心回圈(concentric loops)。集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、第三回圈116c形成了可聚焦并转移入射光至感光元件104内的一菲涅耳波导(Fresnel zone plate)，可适度地设计第一回圈116a的第一宽度W1、第二回圈116b的第二宽度W2、第三回圈116c的第三宽度W3及介于第一回圈116a、第二回圈116b、第三回圈116c之间的间距，将此集光元件116形成为菲涅耳波导之用。
图2显示了图1的影像感测装置100的一模拟电场影像(simulated electricalfield image)。如图2所示的模拟电场影像是通过时域有限差分(finite-differencetime-domain，FDTD)模拟法测试图1的影像感测装置100所得到。如图2所示，为了模拟方便，故省略通过时域有限差分(finite-difference time-domain，FDTD)模拟法所测试的影像感测装置100中部分构件，因此影像感测装置100仅使用了如感光元件104、被动层106、及集光元件116内的第一回圈116a与第二回圈116b等部分构件。如图2的模拟电场影像所示，基于影像感测装置100内的集光元件116的形成，便可聚焦穿透集光元件116的具有较强电场的入射光A至感光元件104的一深部(deep portion，例如是距感光元件104的顶面约0.8微米的深度)，并因此可聚焦更多入射光而使之抵达感光元件104的此深部处。此外，穿透集光元件116并抵达感光元件104与被动层106的介面处的具有强电场的入射光A的光点尺寸可为约0.25微米的一光点尺寸。如此，便可改善感光元件104的量子效率，以及可改善影像感测装置100的感测度。此外，由于第一回圈116a与第二回圈116b可具有少于具有数微米高度的公知微透镜(未显示)的约300纳米的高度，进而使得如图1-图2所示的具有集光元件116的影像感测装置100较采用传统微透镜所形成的影像感测装置可具有减少的垂直尺寸，而可形成更为小巧的影像感测装置。
图3为一上视示意图，显示了图1内的影像感测装置100，而图1内影像感测装置100的剖面示意图是沿图3内线段1-1所得到。基于简化目的，于图3内仅绘示了讨论用的影像感测装置100的彩色图案110以及集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c等构件。
如图3所示，集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c形成为分隔地位于彩色图案110上的数个共心回圈。此外，从上视观之，集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c可为圆形回圈(circular loops)，但并非以其为限。然而，集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c的型态并非以图1、图3所示情形为限。于其他实施例中，于其他示例性的影像感测装置中，集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c可具有例如多边形的其他形态。
图4为一剖面示意图，显示依据本发明的另一实施例的一影像感测装置100。图4所示的影像感测装置100内的构件相似于如图1所示的影像感测装置的构件，除了于彩色图案110之上以及集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c之间额外地形成有一缓冲层118。
如图4所示，缓冲层118可具有约1.2-1.7的折射率。于一实施例中，缓冲层118可包括如氟化镁(MgF2)、氟化钠(NaF)、或氟化锶(SrF2)的材料。缓冲层118的顶面低于集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c的顶面。然而，于其他实施例中，缓冲层118的顶面可水平于或高于(未显示)集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c的顶面。
如此，基于影像感测装置100内的缓冲层118的形成，便可减少或甚至消除起因于穿透集光元件116并抵达集光元件116与下方彩色图案110之间的介面处的入射光的反射与散射问题，如此意味着入射光可更聚焦至相较于公知微透镜所能聚焦处为深的感光元件104的一部处，且因此可聚焦光线并使之抵达感光元件104内。因此，便可改善感光元件104的量子效率，并亦可改善影像感测装置100的感测度。此外，如图4所示的具有聚光元件116的影像感测装置100亦可较使用传统微透镜所形成的影像感测装置具有减少的垂直尺寸，并可形成更为小巧的影像感测装置。
图5为一上视示意图，显示了图4内的影像感测装置，而图4内的影像感测装置100为沿图5内线段4-4的剖面示意图。基于简化目的，于图5内仅绘示了讨论用的缓冲层118及集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c等构件。
如图5所示，集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c形成为分隔地位于彩色图案110上的数个共心回圈。此外，从上视观之，集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c可为圆形回圈(circular loops)，但并非以其为限。然而，集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c的型态并非以图4、图5所示情形为限。于其他实施例中，于其他示例性的影像感测装置中，集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c可具有例如多边形的其他形态。
图6为一剖面示意图，显示依据本发明的又一实施例的一影像感测装置。图6所示的影像感测装置100内的构件相似于如图1所示的影像感测装置的构件，除了集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c分别包括自一内侧子层(inner sub-layer)至一外侧子层(outer sub-layer)减少的包括不同折射率的多个子层(sub-layers)。
如图6所示，第一回圈116a可具有自一内侧子层(例如子层116a1)至一外侧子层(例如子层116a3)减少的具有不同折射率的三个子层116a1-116a3。相似地，第二回圈116b可具有自一内侧子层(例如子层116b1)至一外侧子层(例如子层116b3)减少的具有不同折射率的三个子层116b1-116b3，而第三回圈116c可具有自一内侧子层(例如子层116c1)至一外侧子层(例如子层116c3)减少的具有不同折射率的三个子层116c1-116c3。
如图6所示，第一回圈116a的数个子层116a1-116a3可具有相同宽度与相同高度，而第二回圈116b的数个子层116b1-116b3可具有相同宽度与相同高度，及第三回圈116c的数个子层116c1-116c3可具有相同宽度与相同高度。可适度地设计第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c的宽度以及介于第一回圈116a、第二回圈116b、第三回圈116c之间的间距，将此集光元件116形成为菲涅耳波导(Fresnel zone plate)之用。
于一实施例中，第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的多个子层中的内侧子层(例如子层116a1、116b1、116c1)可具有约2.0-2.5的相同折射率，而第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的多个子层中的中间子层(例如子层116a2、116b2、116c2)可具有约1.7-2.0的相同折射率，及第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的多个子层中的外侧子层(例如子层116a3、116b3、116c3)可具有约1.4-1.7的相同折射率。
于一实施例中，第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的多个子层中的内侧子层(例如子层116a1、116b1、116c1)可包括如二氧化铪(HfO2)、氧化钽(Ta2O5)或氧化钛(TiO2)的材料，而第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的多个子层中的中间子层(例如子层116a2、116b2、116c2)可包括如氧化镁(MgO)或氧化铍(BeO)的材料，及第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的多个子层中的外侧子层(例如子层116a3、116b3、116c3)可包括如氧化硅、氟化钡(BaF2)或氟化钙(CaF2)的材料。
图7显示了图6的影像感测装置100的一模拟电场影像(simulated electricalfield image)。如图7所示的模拟电场影像是通过时域有限差分(finite-differencetime-domain，FDTD)模拟法测试图6的影像感测装置100所得到。如图7所示，为了模拟方便，故省略通过时域有限差分(finite-difference time-domain，FDTD)模拟法所测试的影像感测装置100中部分构件，因此影像感测装置100仅使用了如感光元件104、被动层106、及集光元件116内的第一回圈116a的内侧子层116a1与中间子层116a2与第二回圈116b的内侧子层116b1与中间子层116b2等部分构件。如图7的模拟电场影像所示，基于影像感测装置100内的集光元件116的形成，可聚焦穿透集光元件116的具有较强电场的入射光B至感光元件104的一深部(deep portion，例如是距感光元件104的顶面约1微米的深度)，并因此可聚焦更多入射光而使的抵达感光元件104的此深部处。此外，穿透集光元件116并抵达感光元件104与被动层106的介面处的具有强电场的入射光B的光点尺寸可为约0.25微米的一光点尺寸。如此，便可改善感光元件104的量子效率，以及可改善影像感测装置100的感测度。此外，由于第一回圈116a与第二回圈116b可具有少于具有数微米高度的公知微透镜(未显示)的约300纳米的高度，进而使得如图6-图7所示的具有集光元件116的影像感测装置100较采用传统微透镜所形成的影像感测装置可具有减少的垂直尺寸，而可形成更为小巧的影像感测装置。
图8为一上视示意图，显示了图6内的影像感测装置100，而图6内影像感测装置100的剖面示意图是沿图8内线段6-6所得到。基于简化目的，于图8内仅绘示了讨论用的影像感测装置100的彩色图案110以及集光元件116等构件。
如图8所示，集光元件116的第一回圈116a的子层116a1-116a3、第二回圈116b的子层116b1-116b3、与第三回圈116c的子层116c1-116c3形成为分隔地位于彩色图案110上的数个共心回圈。此外，从上视观之，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3可为圆形回圈(circular loops)，但并非以其为限。然而，集光元件116的第一回圈116a的子层116a1-116a3、第二回圈116b的子层116b1-116b3、与第三回圈116c的子层116c1-116c3的型态并非以图6、图8所示情形为限。于其他实施例中，于其他示例性的影像感测装置中，集光元件116的第一回圈116a的子层116a1-116a3、第二回圈116b的子层116b1-116b3、与第三回圈116c的子层116c1-116c3可具有例如多边形的其他形态。
图9为一剖面示意图，显示依据本发明的另一实施例的一影像感测装置100。图9所示的影像感测装置100内的构件相似于如图8所示的影像感测装置的构件，除了于彩色图案110之上以及集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c之间额外地形成有一缓冲层118。
如图9所示，缓冲层118可具有约1.2-1.7的折射率。于一实施例中，缓冲层118可包括如氟化镁(MgF2)、氟化钠(NaF)、或氟化锶(SrF2)的材料。缓冲层118的顶面低于集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3的顶面。然而，于其他实施例中，缓冲层118的顶面可水平于或高于(未显示)集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3的顶面。
如此，基于影像感测装置100内的缓冲层118的形成，便可减少或甚至消除起因于穿透集光元件116并抵达集光元件116与下方彩色图案110之间的介面处的入射光的反射与散射问题，如此意味着入射光可更聚焦至相较于公知微透镜所能聚焦处为深的感光元件104的一部处，且因此可聚焦光线并使之抵达感光元件104内。因此，便可改善感光元件104的量子效率，并亦可改善影像感测装置100的感测度。此外，如图9所示的具有聚光元件116的影像感测装置100亦可较使用传统微透镜所形成的影像感测装置具有减少的垂直尺寸，并可形成更为小巧的影像感测装置。
图10为一上视示意图，显示了图9内的影像感测装置，而图9内的影像感测装置100为沿图10内线段9-9的剖面示意图。基于简化目的，于图10内仅绘示了讨论用的缓冲层118及集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c等构件。
如图10所示，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3形成为分隔地位于彩色图案110上的数个共心回圈。此外，从上视观之，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3可为圆形回圈(circular loops)，但并非以其为限。然而，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3的型态并非以图9、图10图所示情形为限。于其他实施例中，于其他示例性的影像感测装置中，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3可具有例如多边形的其他形态。
图11为一剖面示意图，显示依据本发明的又一实施例的一影像感测装置100。图11所示的影像感测装置100内的构件相似于如图6所示的影像感测装置的构件，除了集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c分别包括自一内侧子层至一外侧子层减少的包括不同折射率与不同高度的多个子层(sub-layers)。
如图11所示，第一回圈116a可具有自一内侧子层(例如子层116a1)至一外侧子层(例如子层116a3)减少的具有不同折射率与不同高度的三个子层116a1-116a3。相似地，第二回圈116b可具有自一内侧子层(例如子层116b1)至一外侧子层(例如子层116b3)减少的具有不同折射率与不同高度的三个子层116b1-116b3，而第三回圈116c可具有自一内侧子层(例如子层116c1)至一外侧子层(例如子层116c3)减少的具有不同折射率与不同高度的三个子层116c1-116c3。
于一实施例中，第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的数个子层中的内侧子层(例如子层116a1、116b1、116c1)可具有约2.0-2.5的相同折射率，而第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的数个子层中的中间子层(例如子层116a2、116b2、116c2)可具有约1.7-2.0的相同折射率，及第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的数个子层中的外侧子层(例如子层116a3、116b3、116c3)可具有约1.4-1.7的相同折射率。
于一实施例中，第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的数个子层中的内侧子层(例如子层116a1、116b1、116c1)可包括如二氧化铪(HfO2)、氧化钽(Ta2O5)或氧化钛(TiO2)的材料，而第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的数个子层中的中间子层(例如子层116a2、116b2、116c2)可包括如氧化镁(MgO)或氧化铍(BeO)的材料，及第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的数个子层中的外侧子层(例如子层116a3、116b3、116c3)可包括如氧化硅、氟化钡(BaF2)或氟化钙(CaF2)的材料。
于一实施例中，第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的数个子层中的内侧子层(例如子层116a1、116b1、116c1)可具有约600-800纳米的高度，而第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的数个子层中的中间子层(例如子层116a2、116b2、116c2)可具有约400-600纳米的高度，及第一、第二、与第三回圈116a、116b、116c的数个子层中的外侧子层(例如子层116a3、116b3、116c3)可具有约200-400纳米的高度。
如此，基于影像感测装置100内的集光元件116的形成，便可聚焦穿透集光元件116的入射光(未显示)至感光元件104的一较深部，并因此可较采用传统微透镜所形成的影像感测装置聚焦更多入射光而使之抵达感光元件104的此较深部处。如此，便可改善感光元件104的量子效率，以及可改善影像感测装置100的感测度。此外，由于如图11所示的具有集光元件116的影像感测装置100较采用传统微透镜所形成的影像感测装置可具有减少的垂直尺寸，而可形成更为小巧的影像感测装置。
图12为一上视示意图，显示了图11内的影像感测装置100，而图11内影像感测装置100的剖面示意图是沿图12内线段11-11所得到。基于简化目的，于图12内仅绘示了讨论用的影像感测装置100的彩色图案110以及集光元件116等构件。
如图12所示，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3形成为分隔地位于彩色图案110上的数个共心回圈。此外，从上视观之，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3可为圆形回圈(circular loops)，但并非以其为限。然而，集光元件116的第一回圈116a的子层116a1-116a3、第二回圈116b的子层116b1-116b3、与第三回圈116c的子层116c1-116c3的型态并非以图11-图12所示情形为限。于其他实施例中，于其他示例性的影像感测装置中，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3可具有例如多边形的其他形态。
图13为一剖面示意图，显示依据本发明的另一实施例的一影像感测装置100。图13所示的影像感测装置100内的构件相似于如图11所示的影像感测装置的构件，除了于彩色图案110的上以及集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c之间额外地形成有一缓冲层118。
如图13所示，缓冲层118可具有约1.2-1.7的折射率。于一实施例中，缓冲层118可包括如氟化镁(MgF2)、氟化钠(NaF)、或氟化锶(SrF2)的材料。缓冲层118的顶面低于集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3的顶面。然而，于其他实施例中，缓冲层118的顶面可水平于或高于(未显示)集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3的顶面。
如此，基于影像感测装置100内的缓冲层118的形成，便可减少或甚至消除起因于穿透集光元件116并抵达集光元件116与下方彩色图案110的间的介面处的入射光的反射与散射问题，如此意味着入射光可更聚焦至相较于公知微透镜所能聚焦处为深的感光元件104的一部处，且因此可聚焦光线并使之抵达感光元件104内。因此，便可改善感光元件104的量子效率，并亦可改善影像感测装置100的感测度。此外，如图12-图13所示的具有聚光元件116的影像感测装置100亦可较使用传统微透镜所形成的影像感测装置具有减少的垂直尺寸，并可形成更为小巧的影像感测装置。
图14为一上视示意图，显示了图13内的影像感测装置，而图13内的影像感测装置100为沿图14内线段13-13的剖面示意图。基于简化目的，于图14内仅绘示了讨论用的缓冲层118及集光元件116的第一回圈116a、第二回圈116b、与第三回圈116c等构件。
如图14所示，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3形成为分隔地位于彩色图案110上的数个共心回圈。此外，从上视观之，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3可为圆形回圈(circular loops)，但并非以其为限。然而，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3的型态并非以图13-图14所示情形为限。于其他实施例中，于其他示例性的影像感测装置中，集光元件116的第一回圈116a的数个子层116a1-116a3、第二回圈116b的数个子层116b1-116b3、与第三回圈116c的数个子层116c1-116c3可具有例如多边形的其他形态。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
Claims (11)
1.一种影像感测装置，包括：
一半导体基板，包括一感光元件；
一被动层，设置于该半导体基板上；以及
一集光元件，设置于该被动层上，包括：
一第一回圈，具有一第一宽度；
一第二回圈，环绕该第一回圈，具有少于该第一宽度的一第二宽度；
一第三回圈，环绕该第一回圈与该第二回圈，具有少于该第一宽度与该第二宽度的一第三宽度，其中该集光元件对准该感光元件，且该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈包括不同的折射率，其中该第一回圈具有介于1.4-1.7的折射率、该第二回圈具有介于1.7-2.0的折射率、及该第三回圈具有介于2.0-2.5的折射率。
2.如权利要求1所述的影像感测装置，其中该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈分隔地形成于该被动层之上，而该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈形成了菲涅耳波导，其中从上视观之，该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈为圆形回圈。
3.如权利要求1所述的影像感测装置，还包括一彩色图案，设置于该被动层与该集光元件之间，其中该彩色图案对准该感光元件与该集光元件，具有择自由红、绿、蓝与白所组成族群中的一颜色。
4.如权利要求1所述的影像感测装置，其中该第一回圈包括氧化硅、氟化钡、或氟化钙，该第二回圈包括氧化镁或氧化铍，及该第三回圈包括氧化铪、氧化钽、或氧化钛。
5.如权利要求1所述的影像感测装置，还包括一缓冲层，设置于该被动层上并位于该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈之间，其中该缓冲层具有1.2-1.7的折射率，其中该缓冲层包括氟化镁、氟化钠、或氟化锶，其中该缓冲层的顶面低于、高于或水平于该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈的顶面。
6.如权利要求1所述的影像感测装置，其中该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈包括自一内侧子层至一外侧子层折射率减少的具有不同折射率的多个子层。
7.如权利要求6所述的影像感测装置，其中该第一回圈的所述多个子层具有相同宽度、该第二回圈的所述多个子层具有相同宽度、及该第三回圈的所述多个子层具有相同宽度。
8.如权利要求6所述的影像感测装置，其中该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈的所述多个子层的该内侧子层具有2.0-2.5的折射率，而该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈的所述多个子层的该外侧子层具有1.4-1.7的折射率。
9.如权利要求6所述的影像感测装置，其中还包括一缓冲层，设置于该被动层上并位于该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈之间，其中该缓冲层具有1.2-1.7的折射率，其中该缓冲层包括氟化镁、氟化钠、或氟化锶，其中该缓冲层的顶面低于、高于或水平于该第一回圈、该第二回圈与该第三回圈的所述多个子层的顶面。
10.如权利要求7所述的影像感测装置，其中该第一回圈的所述多个子层具有自一内侧子层朝向一外侧子层减少的不同高度、该第二回圈的所述多个子层具有自一内侧子层朝向一外侧子层减少的不同高度、及该第三回圈的所述多个子层具有自一内侧子层朝向一外侧子层减少的不同高度。
11.如权利要求10所述的影像感测装置，其中该第一回圈、该第二回圈、与该第三回圈的该内侧子层具有600-800纳米的高度，而该第一回圈、该第二回圈、与该第三回圈的该外侧子层具有200-400纳米的高度。
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