CN112310129A - 影像感测装置及影像感测系统 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一种影像感测装置，包含：基板、感光元件、第一介电层、导光结构以及图案化导电层。所述感光元件设置于基板中，所述第一介电层设置于基板的第一侧，所述导光结构设置于第一介电层中，所述图案化导电层设置于感光元件与导光结构之间，且其中所述图案化导电层包括次波长结构。本揭露亦提供一种包含上述影像感测装置的影像感测系统。本发明的影像感测装置和系统具有进一步提升效能的结构设计。

Description

影像感测装置及影像感测系统
技术领域
本揭露是有关于一种影像感测装置，以及包含上述影像感测装置的影像感测系统，且特别是有关于包含互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)结构的影像感测装置。
背景技术
影像感测器(image sensor)是一种将光影像转换为电信号的半导体元件。影像感测器一般可分为电荷耦合元件(charge-coupled device，CCD)与互补式金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器。于上述影像感测器中，互补式金属氧化物半导体影像感测器包含用以检测入射光并将其转换为电信号的光电二极管(photodiode)，以及用以传输与处理电信号的逻辑电路。
除了一般单纯用于感测影像的用途外，已有愈来愈多的影像感测器应用于各类的检测工作，例如，生物医学方面的检测。具体而言，可藉由待测物经外部光源照射后所激发的光线来检测或判断待测物的诸多特性。
虽然现存的影像感测器可大致满足它们原先预定的用途，但其仍未在各个方面皆彻底地符合需求。例如，大多数影像感测器仍存在例如串扰(cross-talk)现象或信号杂信比(signal-to-noise ratio，SNR)偏低等问题。
因此，发展出能够进一步提升影像感测装置的效能的结构设计，仍为目前业界致力研究的课题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种影像感测装置，具有进一步提升效能的结构设计。
根据本揭露一些实施例，提供一种影像感测装置，包括：基板、感光元件、第一介电层、导光结构以及图案化导电层。所述感光元件设置于基板中，所述第一介电层设置于基板的第一侧，所述导光结构设置于第一介电层中，所述图案化导电层设置于感光元件与导光结构之间，且其中所述图案化导电层包括次波长结构。
根据本揭露一些实施例，提供一种影像感测系统，包括：影像感测装置以及设置于影像感测装置上的光源，且所述影像感测装置，包括：基板、感光元件、第一介电层、导光结构以及图案化导电层。所述感光元件设置于基板中，所述第一介电层设置于基板的第一侧，所述导光结构设置于第一介电层中，所述图案化导电层设置于感光元件与导光结构之间，且其中所述图案化导电层包括次波长结构。
与现有技术相比，本发明提供的影像感测装置的优点在于：由于其包含具有次波长结构的图案化导电层，因此可根据需求改善特定波长或频率的光的滤波效果，以及改善影像感测装置的信号杂信比。
为让本揭露的特征、或优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
图1显示根据本揭露一些实施例中，影像感测装置的剖面结构示意图；
图2显示根据本揭露一些实施例中，影像感测装置的剖面结构示意图；
图3显示根据本揭露一些实施例中，影像感测系统的剖面结构示意图；
图4显示根据本揭露一些实施例中，影像感测系统的剖面结构示意图；
图5A至图5H显示根据本揭露一些实施例中，影像感测装置的图案化导电层的上视示意图；
其中，符号说明：
10、20影像感测装置； 10A、20A影像感测系统；
102基板； 102a第一侧；
102b第二侧； 104第一介电层；
104A顶表面； 104B底表面；
106第二介电层； 200感光元件；
200A顶表面； 210导光结构；
220内连线结构； 220S导电层；
300图案化导电层； 400待测物；
D1第一距离； D2第一距离；
HL镂空区域； LS光源；
SR感测区域； T厚度；
W宽度。
具体实施方式
以下针对本揭露实施例的影像感测装置及影像感测系统作详细说明。应了解的是，以下的叙述提供许多不同的实施例或例子，用以实施本揭露一些实施例的不同态样。以下所述特定的元件及排列方式仅为简单清楚描述本揭露一些实施例。当然，这些仅用以举例而非本揭露的限定。此外，在不同实施例中可能使用类似及/或对应的标号标示类似及/或对应的元件，以清楚描述本揭露。然而，这些类似及/或对应的标号的使用仅为了简单清楚地叙述本揭露一些实施例，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。
应理解的是，图式的元件或装置可以发明所属技术领域具有通常知识者所熟知的各种形式存在。此外实施例中可能使用相对性用语，例如「较低」或「底部」或「较高」或「顶部」，以描述图式的一个元件对于另一元件的相对关系。可理解的是，如果将图式的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在「较低」侧的元件将会成为在「较高」侧的元件。本揭露实施例可配合图式一并理解，本揭露的图式亦被视为揭露说明的一部分。应理解的是，本揭露的图式并未按照比例绘制，事实上，可能任意的放大或缩小元件的尺寸以便清楚表现出本揭露的特征。
此外，图式的元件或装置可以发明所属技术领域具有通常知识者所熟知的各种形式存在。此外，应理解的是，虽然在此可使用用语「第一」、「第二」、「第三」等来叙述各种元件、组件、或部分，这些元件、组件或部分不应被这些用语限定。这些用语仅是用来区别不同的元件、组件、区域、层或部分。因此，以下讨论的一第一元件、组件、区域、层或部分可在不偏离本揭露的教示的情况下被称为一第二元件、组件、区域、层或部分。
于文中，「约」、「大约」、「实质上」、「大致上」的用语通常表示在一给定值或范围的10％内，较佳是5％内，更佳是3％之内，或2％之内，或1％之内，或0.5％之内。在此给定的数量为大约的数量，亦即在没有特定说明「约」、「大约」、「实质上」、「大致上」的情况下，仍可隐含「约」、「大约」、「实质上」、「大致上」的含义。此外，用语「范围为第一数值至第二数值」、「范围介于第一数值至第二数值之间」表示所述范围包含第一数值、第二数值以及它们之间的其它数值。
在本揭露一些实施例中，关于接合、连接的用语例如「连接」、「互连」等，除非特别定义，否则可指两个结构是直接接触，或者亦可指两个结构并非直接接触，其中有其它结构设于此两个结构之间。且此关于接合、连接的用语亦可包括两个结构都可移动，或者两个结构都固定的情况。
应理解的是，当元件或层被称为在另一元件或层“上”或与另一元件或层“连接”时，它可以直接在另一元件或层上或直接与另一元件或层连接，或者还可以存在插入的元件或层。相反地，当元件被称为“直接”在另一元件或上或者“直接”与另一元件或层连接时，不存在插入的元件。
除非另外定义，在此使用的全部用语(包含技术及科学用语)具有与本揭露所属技术领域的技术人员通常理解的相同涵义。能理解的是，这些用语例如在通常使用的字典中定义用语，应被解读成具有与相关技术及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在本揭露实施例有特别定义。
根据本揭露一些实施例，提供的影像感测装置包含具有次波长结构(subwavelength structure)的图案化导电层，可根据需求改善特定波长或频率的光的滤波效果，以及改善影像感测装置的信号杂信比。
请参照图1，图1显示根据本揭露一些实施例中，影像感测装置10的剖面结构示意图。应理解的是，根据一些实施例，可添加额外特征于以下所述的影像感测装置10。根据一些实施例中，以下所述的部分特征可以被取代或删除。
如图1所示，根据一些实施例，影像感测装置10可为前照式(front sideillumination，FSI)影像感测装置。
如图1所示，影像感测装置10可包含基板102，基板102具有第一侧102a以及第二侧102b，且第二侧102b相对于第一侧102a。此外，影像感测装置10可包含感光元件200，感光元件200可设置于基板102中。在一些实施例中，感光元件200的顶表面200A可大致上与基板102的第一侧102a齐平，亦即，感光元件200并未埋置于基板102中。然而，在另一些实施例中，感光元件200可埋置于基板102中。
根据一些实施例，所述基板102可由基本半导体材料形成。例如，在一些实施例中，基板102的材料可包含单晶型、多晶型或非晶型的硅(Si)或锗(Ge)、或前述的组合。根据一些实施例，所述基板102的材料可由化合物半导体形成。例如，在一些实施例中，基板102的材料可包含碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、磷化镓(GaP)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)、或前述的组合。此外，根据一些实施例，所述基板102的材料可由合金半导体形成。例如，在一些实施例中，基板102的材料可包含硅化锗(SiGe)、砷化镓铝(AlGaAs)、砷化镓铟(GaInAs)、磷化镓铟(GaInP)、磷化镓砷(GaAsP)、或前述的组合。
根据一些实施例，感光元件200可包含光电二极管(photodiode)，但不限于此。在一些实施例中，感光元件200可接收经导光结构210反射的光线，并将其转换为电信号。详细而言，根据一些实施例，所述光电二极管可包含金属氧化物半导体(MOS)晶体管(未绘示)的源极与漏极，且源极与漏极可将电流传输至其它组件，如其它金属氧化物半导体晶体管。
此外，在一些实施例中，感光元件200可包含传输栅极(transfer gate)、重置栅极(reset gate)、源极随耦器栅极(source-follow gate)、选择栅极(row-select gate)、或前述的组合。再者，感光元件200可进一步与外部装置耦接，将数位信号传输至外部装置，例如，信号处理器。
请参照图1，影像感测装置10可包含第一介电层104，第一介电层104可设置于基板102的第一侧102a。在一些实施例中，第一介电层104可覆盖感光元件200的顶表面200A。此外，在一些实施例中，影像感测装置10的感测区域SR可位于第一介电层104的顶部，例如顶表面104A。在一些实施例中，根据实际应用需求，第一介电层104的顶表面104A可具有挡光效果。
在一些实施例中，第一介电层104的材料可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高介电常数(high-k)介电材料、其它合适的介电材料、或前述的组合。在一些实施例中，所述高介电常数介电材料可包含金属氧化物、金属氮化物、金属硅化物、金属铝酸盐、锆硅酸盐、锆铝酸盐、或前述的组合。
在一些实施例中，可藉由物理气相沉积制程(physical vapor deposition，PVD)、化学气相沉积制程(chemical vapor deposition，CVD)、涂布制程、其它合适的方法、或前述的组合形成第一介电层104。所述物理气相沉积制程例如可包含溅镀制程、蒸镀制程、或脉冲激光沉积等。所述化学气相沉积制程例如可包含低压化学气相沉积制程(LPCVD)、低温化学气相沉积制程(LTCVD)、快速升温化学气相沉积制程(RTCVD)、等离子体辅助化学气相沉积制程(PECVD)、或原子层沉积制程(ALD)等。
此外，如图1所示，影像感测装置10可包含导光结构210，导光结构210可设置于第一介电层104中。导光结构210可从第一介电层104的顶表面104A朝基板102的方向延伸，但并未贯穿第一介电层104。在一些实施例中，导光结构210可具有柱状结构，但本揭露不以此为限。
详细而言，导光结构210可将感测区域SR产生的光线导引至感光元件200，达到聚光效果。再者，于此实施例中，导光结构210亦可降低光线受到位于第一介电层104中的其它元件的干扰(例如，内连线结构220)，藉此减少光损耗。
再者，导光结构210可包含高折射率的材料。进一步而言，导光结构210的折射率可大于第一介电层104的折射率。在一些实施例中，导光结构210可包含折射率大于1.5的材料。在一些实施例中，导光结构210可包含折射率范围介于1.5至2.0之间的材料，折射率例如可为1.6、1.7、1.8或1.9。
更具体而言，在一些实施例中，导光结构210可包含基质及分散于基质中的高折射率粒子。在一些实施例中，所述基质可包含有机材料、无机材料、或前述的组合。在一些实施例中，所述有机材料可包含聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，PMMA)、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚苯乙烯(polystyrene，PS)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate，PET)、其它合适的材料、或前述的组合。在一些实施例中，所述无机材料可包含光学玻璃、光学陶瓷、或前述的组合。在一些实施例中，所述高折射率粒子可包含二氧化钛、铌掺杂的氧化钛(TNO)、氧化锌(ZnO)、二氧化锆(ZrO2)、或前述的组合。
此外，根据一些实施例，导光结构210亦可包含具有滤波效果的材料，以筛选特定波长的光。
在一些实施例中，可藉由前述物理气相沉积制程(physical vapor deposition，PVD)、化学气相沉积制程(chemical vapor deposition，CVD)、涂布制程、其它合适的方法或前述的组合形成导光结构210。
此外，在一些实施例中，可使用图案化制程形成导光结构210。在一些实施例中，所述图案化制程可包含光刻制程及蚀刻制程。光刻制程可包含光阻涂布(例如旋转涂布)、软烘烤、硬烘烤、掩模对齐、曝光、曝光后烘烤、光阻显影、清洗及干燥等，但不限于此。蚀刻制程可包含干蚀刻制程或湿蚀刻制程，但不限于此。
请继续参照图1，影像感测装置10可包含图案化导电层300。如图1所示，图案化导电层300可设置于感光元件200与导光结构210之间，且图案化导电层300包含次波长结构(subwavelength structure)。换言之，在一些实施例中，图案化导电层300包含光栅结构。根据一些实施例，所述图案化导电层300为次波长结构。
在一些实施例中，图案化导电层300可设置于导光结构210与基板102的第一侧102a(亦可视为第一介电层104的底表面104B)之间。如图1所示，在一些实施例中，于基板102的法线方向(例如，图中所示的Z方向)上，图案化导电层300可与导光结构210重叠。
再者，在一些实施例中，图案化导电层300可包含多个镂空区域HL。在一些实施例中，第一介电层104可填充于镂空区域HL中。在另一些实施例中，图案化导电层300的镂空区域HL可能并未填入材料，亦即，镂空区域HL可包含空气。
根据一些实施例，图案化导电层300的镂空区域HL可具有低折射率的材料，例如，折射率低于导光结构210的材料。具体而言，在一些实施例中，镂空区域HL可具有折射率小于1.5的材料。
在一些实施例中，图案化导电层300(非镂空区域)可由高导电率的材料形成，例如，金属材料。在一些实施例中，图案化导电层300的材料可包含铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜合金、铝合金、金合金、银合金、钛合金、钨合金、钼合金、镍合金、或前述的组合。
在一些实施例中，可藉由前述物理气相沉积制程(physical vapor deposition，PVD)、化学气相沉积制程(chemical vapor deposition，CVD)、涂布制程、其它合适的方法或前述的组合形成图案化导电层300。
此外，在一些实施例中，可使用图案化制程形成图案化导电层300。在一些实施例中，所述图案化制程可包含光刻制程及蚀刻制程。光刻制程可包含光阻涂布(例如旋转涂布)、软烘烤、硬烘烤、掩模对齐、曝光、曝光后烘烤、光阻显影、清洗及干燥等，但不限于此。蚀刻制程可包含干蚀刻制程或湿蚀刻制程，但不限于此。
此外，如图1所示，图案化导电层300并未与导光结构210接触。在一些实施例中，图案化导电层300与导光结构210之间可间隔第一距离D1。在一些实施例中，第一距离D1的范围可介于0.05微米(μm)至0.5微米之间，例如，0.1微米、0.2微米、0.3微米、或0.4微米。再者，在一些实施例中，图案化导电层300与基板102(第一介电层104的底表面104B)之间可间隔第二距离D2。在一些实施例中，第二距离D2的范围可介于0.05微米至0.5微米之间，例如，0.1微米、0.2微米、0.3微米、或0.4微米。
应注意的是，若图案化导电层300与导光结构210之间的第一距离D1过小(例如，小于0.05微米)，则可能会有无法提供局部等离子体共振频率的条件发生；反之，若图案化导电层300与导光结构210之间的第一距离D1过大(例如，大于0.5微米)，亦可能会有无法提供局部等离子体共振频率的条件发生或可能产生电磁波过度发散的问题。
另一方面，若图案化导电层300与基板102之间的第二距离D2过小(例如，小于0.05微米)，则可能无法提供局部等离子体共振频率的条件发生；反之，若图案化导电层300与基板102之间的第二距离D2过大(例如，大于0.5微米)，亦可能无法提供局部等离子体共振频率的条件发生或可能产生电磁波过度发散的问题。
此外，图案化导电层300可具有厚度T。在一些实施例中，图案化导电层300的厚度T的范围可介于0.05微米至1微米之间，例如，0.1微米、0.2微米、0.3微米、0.4微米、0.5微米、0.6微米、0.7微米、0.8微米、或0.9微米。应注意的是，若图案化导电层300的厚度T过小或过大，则可能会降低图案化导电层300的滤光效果。然而，应理解的是，随着图案化导电层300所选用的材料不同，厚度T的范围亦可随的适当地调整。
特别地，根据本揭露实施例，图案化导电层300可藉由表面等离子体共振机制，加强光线在特定频率的共振效果，亦即，可针对具有特定波长或频率的光，增强其滤波效果，并且可改善信不同波段之间的信号杂信比。
再者，于不同的实施例中，可根据需求，适当地调整图案化导电层300的镂空区域HL的形状、尺度(dimension)例如宽度W、排列或周期性(光栅周期性)等，加强图案化导电层300的表面等离子体共振效应。关于图案化导电层300的具体态样，将于后文详细说明。
此外，在一些实施例中，影像感测装置10可进一步包含内连线结构220。如图1所示，在一些实施例中，内连线结构220可设置于第一介电层104中。再者，于此实施例中，图案化导电层300可设置于内连线结构220与基板102之间。
在一些实施例中，内连线结构220可设置于导光结构210之间。在一些实施例中，内连线结构220于基板102上的投影(未绘示)与导光结构210于基板102上的投影(未绘示)不重叠。在一些实施例中，于基板102的法线方向(例如，图中所示的Z方向)上，内连线结构220可与图案化导电层300重叠。
如图1所示，在一些实施例中，内连线结构220可包含多层导电层220S，提供影像感测装置10内部元件的电性连接。应理解的是，虽然图式中绘示示例性的三层导电层220S，但本揭露并不以此为限，在不同的实施例中，可根据需求，配置具有合适数量及结构的导电层220S，以形成内连线结构220。
在一些实施例中，内连线结构220可包含金属导电材料、透明导电材料或前述的组合。金属导电材料可包含铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钨(W)、钼(Mo)、镍(Ni)、铜合金、铝合金、金合金、银合金、钛合金、钨合金、钼合金、镍合金、或前述的组合。所述透明导电材料可包含透明导电氧化物(transparent conductive oxide，TCO)。举例而言，透明导电氧化物可包含铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)、氧化锡(tin oxide，SnO)、氧化锌(zinc oxide，ZnO)、氧化铟锌(indium zinc oxide，IZO)、氧化铟镓锌(indium galliumzinc oxide，IGZO)、氧化铟锡锌(indium tin oxide，ITZO)、氧化锑锡(antimony tinoxide，ATO)、氧化锑锌(antimony zinc oxide，AZO)、或前述的组合。
在一些实施例中，可藉由前述物理气相沉积制程(physical vapor deposition，PVD)、化学气相沉积制程(chemical vapor deposition，CVD)、涂布制程、其它合适的方法或前述的组合形成内连线结构220。
在一些实施例中，可使用图案化制程形成内连线结构220。在一些实施例中，所述图案化制程可包含光刻制程及蚀刻制程。光刻制程可包含光阻涂布(例如旋转涂布)、软烘烤、硬烘烤、掩模对齐、曝光、曝光后烘烤、光阻显影、清洗及干燥等，但不限于此。蚀刻制程可包含干蚀刻制程或湿蚀刻制程，但不限于此。
接着，请参照图2，图2显示根据本揭露另一些实施例中，影像感测装置20的剖面结构示意图。应理解的是，后文中与前文相同或相似的组件或元件将以相同或相似的标号表示，其材料、制造方法与功能皆与前文所述相同或相似，故此部分于后文中将不再赘述。
如图2所示，根据一些实施例，影像感测装置20可为背照式(back sideillumination，BSI)影像感测装置。
如图2所示，影像感测装置20可包含基板102，基板102具有第一侧102a以及第二侧102b，且第二侧102b相对于第一侧102a。此外，影像感测装置20可包含感光元件200，感光元件200可设置于基板102中。在一些实施例中，感光元件200的顶表面200A可大致上与基板102的第一侧102a齐平，亦即，感光元件200并未埋置于基板102中。然而，在另一些实施例中，感光元件200可埋置于基板102中。
根据一些实施例，感光元件200可包含光电二极管(photodiode)，但不限于此。在一些实施例中，感光元件200可接收经导光结构210反射的光线，并将其转换为电信号。详细而言，根据一些实施例，所述光电二极管可包含金属氧化物半导体(MOS)晶体管(未绘示)的源极与漏极，且源极与漏极可将电流传输至其它组件，如其它金属氧化物半导体晶体管。
此外，在一些实施例中，感光元件200可包含传输栅极(transfer gate)、重置栅极(reset gate)、源极随耦器栅极(source-follow gate)、选择栅极(row-select gate)、或前述的组合。再者，感光元件200可进一步与外部装置耦接，将数位信号传输至外部装置，例如，信号处理器。
如图2所示，影像感测装置20可包含第一介电层104，第一介电层104可设置于基板102的第一侧102a。在一些实施例中，第一介电层104可覆盖感光元件200的顶表面200A。此外，在一些实施例中，影像感测装置20的感测区域SR可位于第一介电层104的顶部，例如顶表面104A。
此外，如图2所示，影像感测装置20可包含第二介电层106，第二介电层106可设置于基板102的第二侧102b。亦即，于此实施例中，基板102可设置于第一介电层104与第二介电层106之间。
在一些实施例中，第二介电层106的材料可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高介电常数(high-k)介电材料、其它合适的介电材料、或前述的组合。在一些实施例中，所述高介电常数介电材料可包含金属氧化物、金属氮化物、金属硅化物、金属铝酸盐、锆硅酸盐、锆铝酸盐、或前述的组合。再者，第一介电层104与第二介电层106的材料可相同或不同。
在一些实施例中，可藉由前述物理气相沉积制程(physical vapor deposition，PVD)、化学气相沉积制程(chemical vapor deposition，CVD)、涂布制程、其它合适的方法、或前述的组合形成第二介电层106。
再者，影像感测装置20可包含导光结构210，导光结构210可设置于第一介电层104中。导光结构210可从第一介电层104的顶表面104A朝基板102的方向延伸，但并未贯穿第一介电层104。在一些实施例中，导光结构210可具有柱状结构，但本揭露不以此为限。
详细而言，导光结构210可将感测区域SR产生的光线导引至感光元件200，达到聚光效果，并减少光损耗。
再者，导光结构210可包含高折射率的材料。进一步而言，导光结构210的折射率可大于第一介电层104的折射率。在一些实施例中，导光结构210可包含折射率大于1.5的材料。在一些实施例中，导光结构210可包含折射率范围介于1.5至2.0之间的材料，折射率例如可为1.6、1.7、1.8或1.9。
此外，根据一些实施例，导光结构210亦可包含具有滤波效果的材料，以筛选特定波长的光。
再者，影像感测装置20可包含图案化导电层300。如图2所示，图案化导电层300可设置于感光元件200与导光结构210之间，且图案化导电层300包含次波长结构(subwavelength structure)。换言之，在一些实施例中，图案化导电层300包含光栅结构。根据一些实施例，所述图案化导电层300为次波长结构。此外，于此实施例中，图案化导电层300可设置于第一介电层104与第二介电层106之间。
在一些实施例中，图案化导电层300可设置于导光结构210与基板102的第一侧102a(亦可视为第一介电层104的底表面104B)之间。如图2所示，在一些实施例中，于基板102的法线方向(例如，图中所示的Z方向)上，图案化导电层300可与导光结构210重叠。
再者，在一些实施例中，图案化导电层300可包含多个镂空区域HL。在一些实施例中，第一介电层104可填充于镂空区域HL中。在另一些实施例中，图案化导电层300的镂空区域HL可能并未填入材料，亦即，镂空区域HL可包含空气。
根据一些实施例，图案化导电层300的镂空区域HL可具有低折射率的材料，例如，折射率低于导光结构210的材料。具体而言，在一些实施例中，镂空区域HL可具有折射率小于1.5的材料。
相似地，如图2所示，图案化导电层300并未与导光结构210接触。于此实施例中，图案化导电层300与导光结构210之间可间隔第一距离D1。在一些实施例中，第一距离D1的范围可介于0.05微米至0.5微米之间，例如，0.1微米、0.2微米、0.3微米、或0.4微米。再者，于此实施例中，图案化导电层300与基板102(第一介电层104的底表面104B)之间可间隔第二距离D2。在一些实施例中，第二距离D2的范围可介于0.05微米至0.5微米之间，例如，0.1微米、0.2微米、0.3微米、或0.4微米。
应注意的是，若图案化导电层300与导光结构210之间的第一距离D1过小(例如，小于0.05微米)，则可能无法提供局部等离子体共振频率的条件发生；反之，若图案化导电层300与导光结构210之间的第一距离D1过大(例如，大于0.5微米)，亦可能无法提供局部等离子体共振频率的条件发生或可能产生电磁波过度发散的问题。
另一方面，若图案化导电层300与基板102之间的第二距离D2过小(例如，小于0.05微米)，则可能无法提供局部等离子体共振频率的条件发生；反之，若图案化导电层300与基板102之间的第二距离D2过大(例如，大于0.5微米)，亦可能无法提供局部等离子体共振频率的条件发生或可能产生电磁波过度发散的问题。
此外，图案化导电层300可具有厚度T。于此实施例中，图案化导电层300的厚度T的范围可介于0.05微米至1微米之间，例如，0.1微米、0.2微米、0.3微米、0.4微米、0.5微米、0.6微米、0.7微米、0.8微米、或0.9微米。应注意的是，若图案化导电层300的厚度T过小或过大，则可能会降低图案化导电层300的滤光效果。然而，应理解的是，随着图案化导电层300所选用的材料不同，厚度T的范围亦可随的适当地调整。
根据本揭露实施例，图案化导电层300可藉由表面等离子体共振机制，加强光线在特定频率的共振效果，亦即，可针对具有特定波长或频率的光，增强其滤波效果，并且可改善信不同波段之间的信号杂信比。
再者，于不同的实施例中，可根据需求，适当地调整图案化导电层300的镂空区域HL的形状、尺度(dimension)例如宽度W、排列或周期性(光栅周期性)等，加强图案化导电层300的表面等离子体共振效应。关于图案化导电层300的具体态样，将于后文详细说明。
此外，在一些实施例中，影像感测装置20可进一步包含内连线结构220。如图2所示，于此实施例中，内连线结构220可设置于第二介电层106中，且位于感光元件200下方。再者，于此实施例中，图案化导电层300可设置于内连线结构220与第一介电层104之间。
于此实施例中，内连线结构220于基板102上的投影(未绘示)与导光结构210于基板102上的投影(未绘示)不重叠。在一些实施例中，于基板102的法线方向(例如，图中所示的Z方向)上，内连线结构220可与图案化导电层300重叠。
如图2所示，在一些实施例中，内连线结构220可包含多层导电层220S，提供影像感测装置20内部元件的电性连接。应理解的是，虽然图式中绘示示例性的三层导电层220S，但本揭露并不以此为限，在不同的实施例中，可根据需求，配置具有合适数量及结构的导电层220S，以形成内连线结构220。
于此实施例中，由于内连线结构220设置于第二介电层106中且位于感光元件200下方，因此，可进一步降低光线受到内连线结构220干扰的风险，提升影像感测装置20的灵敏度(sensitivity)。
此外，应理解的是，虽然图式中并未绘示，根据一些实施例，可视实际需求，影像感测装置10与影像感测装置20可进一步包含设置于第一介电层104上的微透镜(micro-lens)、彩色滤光片(color filter)及钝化层等。
接着，请参照图3，图3显示根据本揭露一些实施例中，影像感测系统10A的剖面结构示意图。如图3所示，影像感测系统10A可包含前述影像感测装置10以及光源LS，光源LS可设置于影像感测装置10上。
在一些实施例中，光源LS可设置于第一介电层104上，并照射感测区域SR。再者，根据一些实施例，感测区域SR可容纳待测物400。在一些实施例中，光源LS可提供激发光，激发光可使感测区域SR中的待测物400发出特定波长或频率的光线，进而可藉由导光结构210将光线传递至感光元件200，藉此检测或判定待测物400的各种性质。
详细而言，在不同的实施例中，根据待测物400的标记物(tag)的特性，光源LS可提供具有合适波长或频率范围的激发光，例如，可激发标记物以产生荧光或冷光，但本揭露不以此为限。在一些实施例中，光源LS可包含经极化(polarized)的光、未经极化的光、或前述的组合。
在一些实施例中，待测物400可包含生物分子、化学分子、或前述的组合。举例而言，在一些实施例中，待测物400可包含去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)、核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)、蛋白质、细胞、其它有机及无机小分子、或前述的组合，但本揭露不以此为限。
根据一些实施例，待测物400可包含荧光标记物，光源LS可包含经极化的光，经极化的光源LS可进一步增加检测荧光的灵敏度。
接着，请参照图4，图4显示根据本揭露一些实施例中，影像感测系统20A的剖面结构示意图。如图4所示，影像感测系统20A可包含前述影像感测装置20以及光源LS，光源LS可设置于影像感测装置20上。
在一些实施例中，光源LS可设置于第一介电层104上，并照射感测区域SR。再者，根据一些实施例，感测区域SR可容纳待测物400。在一些实施例中，光源LS可提供激发光，激发光可使感测区域SR中的待测物400发出特定波长或频率的光线，进而可藉由导光结构210将光线传递至感光元件200，藉此检测或判定待测物400的各种性质。
详细而言，在不同的实施例中，根据待测物400的标记物(tag)的特性，光源LS可提供具有合适波长或频率范围的激发光，例如，可激发标记物以产生荧光或冷光，但本揭露不以此为限。在一些实施例中，光源LS可包含经极化(polarized)的光、未经极化的光、或前述的组合。
在一些实施例中，待测物400可包含生物分子、化学分子、或前述的组合。举例而言，在一些实施例中，待测物400可包含去氧核糖核酸(deoxyribonucleic acid，DNA)、核糖核酸(ribonucleic acid，RNA)、蛋白质、细胞、其它有机及无机小分子、或前述的组合，但本揭露不以此为限。
接着，请参照图5A至图5H，图5A至图5H显示根据本揭露一些实施例中，图案化导电层300的上视示意图。如图5A至图5H所示，图案化导电层300的镂空区域HL可具有对称形状、非对称形状、不规则形状、或前述的组合。
详细而言，如图5A及图5B所示，在一些实施例中，图案化导电层300可具有圆形的镂空区域HL。如图5C及图5D所示，在一些实施例中，图案化导电层300可具有长条状或矩形的镂空区域HL。应理解的是，虽然图式中绘示的长条状的镂空区域HL沿着X方向或Y方向延伸，但本揭露不限于此，根据另一些实施例，镂空区域HL亦可沿其它合适的方向延伸，或可沿多个不同方向延伸。
再者，如图5E所示，在一些实施例中，图案化导电层300可具有类似十字形的镂空区域HL。如图5F所示，在一些实施例中，图案化导电层300可具有环状的镂空区域HL。如图5G所示，在一些实施例中，图案化导电层300可具有非对称形状的镂空区域HL。如图5H所示，在一些实施例中，图案化导电层300可包含两种形状以上的镂空区域HL的组合。
此外，图案化导电层300的镂空区域HL可以规则或不规则的排列方式进行排列，且镂空区域HL出现的频率或周期性等亦可根据需求进行适当的调整。
承前述，根据不同的实施例，可适当地调整图案化导电层300的镂空区域HL的形状、尺度、排列或出现的周期性等，加强图案化导电层300对特定波长或频率的光的表面等离子体共振效应，增加滤波效果。
具体而言，根据一些实施例，使用时域有限差分(finite-difference-time-domain，FDTD)软体对图案化导电层300(如图5E所示的实施例)进行光学模拟，模拟结果显示相较于未经图案化的导电层，本揭露实施例的图案化导电层300可有效提升信号杂信比(log(灵敏度650nm/灵敏度530nm)的值)至少约1.2倍至约2倍。
此外，根据另一些实施例，使用时域有限差分软体对具有图案化导电层300(如图5C及图5D所示的实施例)的影像感测装置10以及不具有图案化导电层300的影像感测装置(与影像感测装置10相同，差异仅在于不具有图案化导电层300)进行光学模拟，模拟结果显示相较于不具有图案化导电层300的影像感测装置，本揭露实施例中具有图案化导电层300的影像感测装置10具有较佳的消光比(extinction ratio)(垂直方向的光线穿透率与水平方向的光线穿透率的比值)。
根据一些实施例，影像感测装置10的消光比可达约300以上、约500以上、或约1000以上。由此可知，本揭露实施例提供的影像感测装置10针对经极化的光线亦具有良好的滤光效果。此外，针对具有特定极化方向的光线，图案化导电层300可比整片无图案化的导电层提供更高的挡光能力。
综上所述，根据本揭露一些实施例，提供的影像感测装置包含具有次波长结构(subwavelength structure)的图案化导电层，可根据需求改善特定波长或频率的光的滤波效果，以及改善影像感测装置的信号杂信比。
虽然本揭露的实施例及其优点已揭露如上，但应该了解的是，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本揭露的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，任何所属技术领域中具有通常知识者可从本揭露揭示内容中理解现行或未来所发展出的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本揭露使用。因此，本揭露的保护范围包括上述制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。另外，每一申请专利范围构成个别的实施例，且本揭露的保护范围也包括各个申请专利范围及实施例的组合。本揭露的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种影像感测装置，包括：
基板；
感光元件，设置于该基板中；
第一介电层，设置于该基板的第一侧；
导光结构，设置于该第一介电层中；以及
图案化导电层，设置于该感光元件与该导光结构之间，其中该图案化导电层包括次波长结构。
2.如权利要求1所述的影像感测装置，其中该图案化导电层包括多个镂空区域，且该第一介电层填充于该多个镂空区域中。
3.如权利要求1所述的影像感测装置，其中该图案化导电层包括多个镂空区域，且该多个镂空区域包括空气。
4.如权利要求1所述的影像感测装置，其中该图案化导电层与该导光结构之间间隔第一距离，该第一距离的范围介于0.05微米至0.5微米之间。
5.如权利要求1所述的影像感测装置，其中该图案化导电层与该基板之间间隔第二距离，该第二距离的范围介于0.05微米至0.5微米之间。
6.如权利要求1所述的影像感测装置，其中该图案化导电层的材料包括铜、铝、金、银、钛、钨、钼、镍、铜合金、铝合金、金合金、银合金、钛合金、钨合金、钼合金、镍合金、或前述的组合。
7.如权利要求1所述的影像感测装置，其中该导光结构包括折射率大于1.5的材料。
8.如权利要求7项所述的影像感测装置，其中该导光结构包括折射率范围介于1.5至2.0之间的材料。
9.如权利要求1所述的影像感测装置，其中于该基板的法线方向上，该图案化导电层与该导光结构重叠。
10.如权利要求1所述的影像感测装置，更包括内连线结构，设置于该第一介电层中。
11.如权利要求10所述的影像感测装置，其中该图案化导电层设置于该内连线结构与该基板之间。
12.如权利要求1所述的影像感测装置，更包括第二介电层与内连线结构，该第二介电层设置于该基板的第二侧，其中该第二侧相对于该第一侧，且该内连线结构设置于该第二介电层中。
13.一种影像感测系统，包括：
影像感测装置，包括：
基板；
感光元件，设置于该基板中；
第一介电层，设置于该基板的第一侧；
导光结构，设置于该第一介电层中；以及
图案化导电层，设置于该感光元件与该导光结构之间，其中该图案
导电层包括次波长结构；以及
光源，设置于该影像感测装置上。
14.如权利要求13所述的影像感测系统，其中该图案化导电层包括多个镂空区域，且该第一介电层填充于该多个镂空区域中。
15.如权利要求13所述的影像感测系统，其中该图案化导电层包括多个镂空区域，且该多个镂空区域包括空气。
16.如权利要求13所述的影像感测系统，其中于该基板的法线方向上，该图案化导电层与该导光结构重叠。
17.如权利要求13所述的影像感测系统，其中该光源包括经极化的光、未经极化的光、或前述的组合。
18.如权利要求13所述的影像感测系统，其中该影像感测装置更包括感测区域，位于该第一介电层的顶表面。
19.如权利要求18所述的影像感测系统，其中该感测区域容纳待测物。
20.如权利要求19所述的影像感测系统，其中该待测物包括生物分子、化学分子或前述的组合。
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