CN114464635A - 固态成像装置 - Google Patents

固态成像装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114464635A
CN114464635A CN202110441582.7A CN202110441582A CN114464635A CN 114464635 A CN114464635 A CN 114464635A CN 202110441582 A CN202110441582 A CN 202110441582A CN 114464635 A CN114464635 A CN 114464635A
Authority
CN
China
Prior art keywords
imaging device
solid
patterned
state imaging
color filter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110441582.7A
Other languages
English (en)
Inventor
李京桦
张育淇
涂宗儒
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
VisEra Technologies Co Ltd
Original Assignee
VisEra Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by VisEra Technologies Co Ltd filed Critical VisEra Technologies Co Ltd
Publication of CN114464635A publication Critical patent/CN114464635A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/1461—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements characterised by the photosensitive area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
    • H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
    • H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

提供一种固态成像装置。固态成像装置包含多个光电转换元件。固态成像装置也包含一彩色滤光片层，彩色滤光片层设置于光电转换元件的上方。彩色滤光片层具有多个彩色滤光片区段。固态成像装置还包含一分隔网格，分隔网格设置于彩色滤光片区段之间。此外，固态成像装置包含一图案化结构，图案化结构设置于彩色滤光片层之上。图案化结构具有多个图案化区段。固态成像装置也包含一透明层，透明层设置于彩色滤光片层与分隔网格之上。透明层围绕图案化区段。图案化区段中的至少一个设置于分隔网格之上。

Description

固态成像装置
技术领域
本公开实施例涉及一种成像装置，且特别是涉及一种可减少光斑(petal flare)的固态成像装置。
背景技术
固态成像装置(例如，电荷耦合元件(charge-coupled device，CCD)成像装置、互补式金属氧化物半导体(complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)成像装置等)已经广泛使用于各种影像拍摄设备，例如数码静止影像相机、数码摄影机和类似的设备。固态成像装置中的光感测部分可形成在多个像素中的每个像素处，并且可以根据在光感测部分中所接收的光量产生信号电荷。此外，可以传送和放大在光感测部分中产生的信号电荷，进而获得影像信号。
在固态成像装置中，分隔网格可用于将不同的彩色滤光片层分开。然而，由于相同的分隔网格周期，很容易出现光栅绕射(grating diffraction)问题，这可能导致获得的图像具有色散(光斑)和鬼影。因此，固态成像装置的设计和制造仍然存在各种挑战。
发明内容
在本公开的一些实施例中，固态成像装置包含一图案化结构，图案化结构具有多个图案化区段，其可防止分隔网格产生绕射，从而改善来自固态成像装置的光电转换元件的影像信号的品质。
根据本公开的一些实施例，提供一种固态成像装置。固态成像装置包含多个光电转换元件。固态成像装置也包含一彩色滤光片层，彩色滤光片层设置于光电转换元件的上方。彩色滤光片层具有多个彩色滤光片区段。固态成像装置还包含一分隔网格，分隔网格设置于彩色滤光片区段之间。此外，固态成像装置包含一图案化结构，图案化结构设置于彩色滤光片层之上。图案化结构具有多个图案化区段。固态成像装置也包含一透明层，透明层设置于彩色滤光片层与分隔网格之上。透明层围绕图案化区段。图案化区段中的至少一个设置于分隔网格之上。
在一些实施例中，图案化结构的折射率低于透明层的折射率。
在一些实施例中，图案化结构的折射率介于1.2与1.65。
在一些实施例中，图案化区段中的每一个的厚度小于或等于透明层的厚度。
在一些实施例中，图案化区段中的一个设置于彩色滤光片区段中的一个之上。
在一些实施例中，图案化区段中的至少两个设置于彩色滤光片区段中的一个之上。
在一些实施例中，在固态成像装置的剖面图中，分隔网格被区分为多个分隔网格区段，分隔网格区段中两个彼此相邻的分隔网格区段的距离定义一像素尺寸，且图案化区段中的每一个的宽度与像素尺寸的比例小于0.5。
在一些实施例中，固态成像装置进一步包含一金属网格，设置于彩色滤光片区段之间。分隔网格覆盖金属网格的至少一部分。
在一些实施例中，固态成像装置进一步包含多个聚光结构，设置于透明层之上。
在一些实施例中，聚光结构中的每一个的材料与透明层的材料相同。
在一些实施例中，聚光结构中的每一个对应于彩色滤光片区段中的一个。
在一些实施例中，聚光结构中的每一个对应于彩色滤光片区段中的至少两个。
在一些实施例中，在固态成像装置的俯视图中，图案化区段形成多个图案化阵列。
在一些实施例中，图案化阵列对应于彩色滤光片区段中彼此相邻排列的两个彩色滤光片区段。
在一些实施例中，图案化阵列对应于彩色滤光片区段中对角排列的两个彩色滤光片区段。
在一些实施例中，图案化阵列中的每一个包括x2个图案化区段，x为大于或等于3的整数。
在一些实施例中，在固态成像装置的剖面图中，图案化区段中的每一个形成为三角形、矩形、梯形或半圆形。
在一些实施例中，彩色滤光片区段中的每一个对应于光电转换元件中的一个。
在一些实施例中，彩色滤光片区段中的每一个对应于光电转换元件中的至少两个。
附图说明
以下将配合所附图式详述本公开实施例。应注意的是，各种特征部件并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，元件的尺寸可能经放大或缩小，以清楚地表现出本公开实施例的技术特征。
图1A至图1E是根据本公开的一些实施例绘示制造固态成像装置的各阶段的部分剖面图。
图2是根据本公开一实施例绘示固态成像装置的部分俯视图。
图3是根据本公开另一实施例绘示固态成像装置的部分剖面图。
图4A至图4E是根据本公开不同的实施例绘示固态成像装置的部分俯视图。
图5A至图5C是根据本公开不同的实施例绘示固态成像装置的部分剖面图。
其中，附图标记说明如下：
10，12，14，16，18，20，22，24，26，28：固态成像装置
101：半导体基板
101B：背侧表面
101F：前侧表面
103，103’：光电转换元件
105：布线层
107：高介电常数膜
109：缓冲层
111：金属网格
115：彩色滤光片层
115S：彩色滤光片区段
115SG：绿色滤光片区段
115SR：红色滤光片区段
121：分隔网格
121S：分隔网格区段
125：图案化结构
125S：图案化区段
127：透明层
127T：顶表面
129：聚光结构
AR，AR1，AR2，AR3，AR4，AR5：图案化阵列
PW：像素尺寸
T1：图案化结构的厚度
T2：透明层的厚度
W：宽度
A-A’，B-B’：剖面线
具体实施方式
以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若是本公开实施例叙述了一第一特征部件形成于一第二特征部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征部件与上述第二特征部件是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征部件形成于上述第一特征部件与上述第二特征部件之间，而使上述第一特征部件与第二特征部件可能未直接接触的实施例。
应理解的是，额外的操作步骤可实施于所述方法之前、之间或之后，且在所述方法的其他实施例中，部分的操作步骤可被取代或省略。
此外，其中可能用到与空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“在…上方”、“上方”、“较高的”及类似的用词，这些空间相关用词是为了便于描述图示中一个(些)元件或特征部件与另一个(些)元件或特征部件之间的关系，这些空间相关用词包括使用中或操作中的装置之不同方位，以及图式中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词也将依转向后的方位来解释。
在说明书中，“约”、“大约”、“大抵”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，或10％之内，或5％之内，或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”、“大抵”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”、“大抵”的含义。
除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇公开所属的一般技艺者所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的用语，应被解读成具有与相关技术及本公开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，除非在本公开实施例有特别定义。
以下所公开的不同实施例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复是为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
依照光线入射在光接收单元上的方向分类，固态成像装置大致可分为两种类型，一种是前照式(front-side illuminated，FSI)成像装置，其接收入射在半导体基板的正面上的光，在半导体基板的正面上形成有读取电路的布线层。另一种是背照式(back-sideilluminated，BSI)成像装置，其接收入射在半导体基板的背面上的光，在半导体基板的背面上没有形成布线层。为了彩色影像的成像，在FSI和BSI成像装置中提供彩色滤光片层。FSI和BSI成像装置通常具有分隔网格，其用于分隔彩色滤光片层的光以防止混色。
图1A至图1E是根据本公开的一些实施例绘示制造固态成像装置10的各阶段的部分剖面图。应注意的是，为了简便起见，图1A至图1E可能省略固态成像装置10的一些部件。
参照图1A，提供半导体基板101，半导体基板101例如为晶圆或芯片。半导体基板101具有前侧表面101F以及与前侧表面101F为相反侧的背侧表面101B。多个光电转换元件103(例如，光电二极体)可形成在半导体基板101中。
在一些实施例中，半导体基板101中的光电转换元件103可经由隔离结构(未绘示)彼此隔离，隔离结构例如为浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)区或深沟槽隔离(deep trench isolation，DTI)区。可使用蚀刻制程在半导体基板101中形成沟槽，并用绝缘或介电材料填充沟槽而形成隔离结构。
如图1A所示，在一些实施例中，在半导体基板101的背侧表面101B之上形成光电转换元件103，而在半导体基板101的前侧表面101F之上形成布线层105，但本公开实施例并非以此为限。布线层105可为内连线结构，内连线结构包含多条导线和导通孔(vias)埋置在多个介电层中，且布线层105可进一步包含固态成像装置10需要的各种电路。入射光可照射到背侧表面101B的那一侧并且被光电转换元件103所接收。
如图1A所示，在一些实施例中，可在半导体基板101的背侧表面101B之上形成高介电常数(high-κ)膜107，高介电常数膜107覆盖光电转换元件103。高介电常数膜107的材料可包含氧化铪(HfO2)、氧化铪钽(HfTaO)、氧化铪钛(HfTiO)、氧化铪锆(HfZrO)、五氧化二钽(Ta2O5)、其他合适的高介电常数材料或其组合，但本公开实施例并非以此为限。高介电常数膜107可由沉积制程所形成。沉积制程例如是化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced CVD，PECVD)、原子层沉积(atomiclayer deposition，ALD)或其他沉积技术。高介电常数膜107可具有高折射率和光吸收能力。
如图1A所示，在一些实施例中，可在高介电常数膜107之上形成缓冲层109。缓冲层109的材料可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其他合适的绝缘材料或其组合，但本公开实施例并非以此为限。缓冲层109可由沉积制程所形成。沉积制程例如为旋转涂布、化学气相沉积、可流动化学气相沉积(flowable CVD，FCVD)、等离子体增强化学气相沉积、物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)或其他沉积技术。
参照图1B，可在半导体基板101之上形成金属网格111。具体而言，在缓冲层109之上形成金属网格111。在一些实施例中，金属网格111的材料可包含钨(W)、铝(Al)、金属氮化物(例如，氮化钛(TiN))、其他合适的材料或其组合，但本公开实施例并非以此为限。金属网格111可通过在缓冲层109之上沉积一金属层，接着使用光微影和蚀刻制程对此金属层进行图案化所形成，但本公开实施例并非以此为限。
参照图1B，在半导体基板101之上形成分隔网格121。具体而言，分隔网格121与金属网格111对应形成，使得分隔网格121可覆盖金属网格111的至少一部分。在一些实施例中，分隔网格121的材料可包含透明介电材料，其具有在约1.0至约1.99的范围内的折射率，但本公开实施例并非以此为限。分隔网格121可通过在缓冲层109之上沉积一透明介电层，接着使用光微影和蚀刻制程对此透明介电层进行图案化所形成，但本公开实施例并非以此为限。
参照图1C，在半导体基板101的上方形成彩色滤光片层115。具体而言，彩色滤光片层115形成于光电转换元件103的上方(即，彩色滤光片层115与光电转换元件103对应形成)。如图1C所示，彩色滤光片层115可具有多个彩色滤光片区段115S。彩色滤光片区段115S可对应于相同的颜色或不同的颜色。举例来说，在图1C中，彩色滤光片区段115S中的一个可为红色滤光片区段(即，红色滤光片区段115SR)，而彩色滤光片区段115S中的另一个可为绿色滤光片区段(即，绿色滤光片区段115SG)，但本公开实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中，彩色滤光片区段115S可包含蓝色滤光片区段、白色滤光片区段等。
如图1C所示，金属网格111与分隔网格121设置于彩色滤光片区段115S之间。亦即，可形成金属网格111与分隔网格121以将彩色滤光片区段115S彼此分开，但本公开实施例并非以此为限。在图1C所示的实施例中，每个彩色滤光片区段115S对应于一个光电转换元件103，但本公开实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中，每个彩色滤光片区段115S可对应于至少两个光电转换元件103(例如，四(2×2)个光电转换元件103)。
参照图1D，在彩色滤光片层115之上形成图案化结构125。具体而言，在彩色滤光片层115与分隔网格121两者之上形成图案化结构125，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，图案化结构125的材料可与分隔网格121的材料相同或类似。举例来说，图案化结构125的材料可包含透明介电材料，其具有在约1.0至约1.99的范围内的折射率，但本公开实施例并非以此为限。图案化结构125可通过在彩色滤光片层115与分隔网格121两者之上沉积一透明介电层，接着使用光微影和蚀刻制程对此透明介电层进行图案化所形成，但本公开实施例并非以此为限。
如图1D所示，图案化结构125可具有多个图案化区段125S。在本公开的实施例中，图案化区段125S中的至少一个设置于分隔网格121之上。在图1D所示的实施例中，一些图案化区段125S设置于彩色滤光片区段115S(包含红色滤光片区段115SR与绿色滤光片区段115SG)之上，但本公开实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中，没有图案化区段设置于彩色滤光片区段115S之上。
此外，在图1D所示的实施例中，一个图案化区段125S设置于一个彩色滤光片区段115S(例如，红色滤光片区段115SR或绿色滤光片区段115SG)之上，但本公开实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中，至少两个(即，两个或两个以上)图案化区段125S可设置于一个彩色滤光片区段115S之上。
参照图1E，在彩色滤光片层115与分隔网格121之上形成透明层127，以形成固态成像装置10。具体而言，如图1E所示，透明层127围绕图案化区段125S。亦即，透明层127可填满图案化区段125S之间的空间。在一些实施例中，透明层127可为有机层，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，透明层127的材料可包含玻璃、环氧树脂、硅氧树脂(silicone resin)、聚氨酯(polyurethane)、其他合适的材料或其组合，但本公开实施例并非以此为限。透明层127可由沉积制程所形成。沉积制程的范例如前所述，在此将不再重复。
在本公开的实施例中，图案化结构125的折射率低于透明层127的折射率。举例来说，图案化结构125的折射率可在约1.2至约1.65的范围内，但本公开实施例并非以此为限。
在一些实施例中，如图1E所示，图案化结构125的厚度T1(即，每个图案化区段125S的厚度)小于或等于透明层127的厚度T2。此外，透明层127可具有大致上平坦的顶表面127T。亦即，透明层127可被称为图案化结构125的平坦层，但本公开实施例并非以此为限。
在一些实施例中，如图1E所示，在固态成像装置10的剖面图中，分隔网格121可被区分为多个分隔网格区段121S。两个相邻的分隔网格区段121S的距离(两个相邻的分隔网格区段121S的中心轴的距离)定义一像素尺寸PW。此外，多个图案化区段125S可具有相同的宽度W。在一些实施例中，每个图案化区段的宽度W与像素尺寸PW的比例可小于0.5。
在一些实施例中，固态成像装置10可为互补式金属氧化物半导体(CMOS)成像装置或电荷耦合元件(CCD)成像装置，但本公开实施例并非以此为限。
图1E所示的固态成像装置10可称为背照式(BSI)成像装置，但本公开实施例并非以此为限。在一些其他实施例中，固态成像装置可为前照式(FSI)成像装置。对于FSI成像装置而言，图1E所示的半导体基板101和布线层105可被上下翻转。在FSI成像装置中，入射光照射到前侧表面101F的那一侧，穿过布线层105，接着被形成在半导体基板101的背侧表面101B上的光电转换元件103所接收。
图2是根据本公开一实施例绘示固态成像装置10的部分俯视图。举例来说，图1E可为沿着图2中的剖面线A-A’或剖面线B-B’所切的部分剖面图。应注意的是，为了更清楚地显示图案化结构125，图2中省略了透明层127。
参照图1E与图2，固态成像装置10包含多个光电转换元件103。固态成像装置10也包含一彩色滤光片层115，彩色滤光片层115设置于光电转换元件103的上方。彩色滤光片层115具有多个彩色滤光片区段115S。固态成像装置10还包含一分隔网格121，分隔网格121设置于彩色滤光片区段115S之间。此外，固态成像装置10包含一图案化结构125，图案化结构125设置于彩色滤光片层115之上。图案化结构125具有多个图案化区段125S。固态成像装置10也包含一透明层127，透明层127设置于彩色滤光片层115与分隔网格121之上。透明层127围绕图案化区段125S。图案化区段中的至少一个设置于分隔网格121之上。
根据本公开的实施例，固态成像装置10包含多个图案化区段125S及围绕这些图案化区段125S的透明层127，而图案化区段125S的折射率低于透明层127的折射率。如此可防止分隔网格121产生绕射，从而改善来自固态成像装置10的光电转换元件103的影像信号的品质。
图3是根据本公开另一实施例绘示固态成像装置12的部分剖面图。类似地，为了简便起见，图3中可能省略固态成像装置12的一些部件。
图3所示的固态成像装置12具有与图1E所示的固态成像装置10类似的结构。与图1E所示的固态成像装置10的不同之处可包含：图3所示的固态成像装置12可进一步包含多个聚光结构129，聚光结构129设置于透明层127之上。在一些实施例中，聚光结构129可用于会聚入射光。在一些实施例中，聚光结构129的材料可与透明层127的材料相同或类似。举例来说，聚光结构129的材料可包含玻璃、环氧树脂、硅氧树脂、聚氨酯、其他合适的材料或其组合，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，可通过光阻热回流法(photoresistreflow method)、热压成型法(hot embossing method)、其他合适的方法或其组合形成聚光结构129。在一些实施例中，形成聚光结构129的步骤可包含旋转涂布制程、微影制程、蚀刻制程、其他合适的制程或其组合，但本公开实施例并非以此为限。
在一些实施例中，聚光结构129可为一微透镜(micro-lens)结构，例如，半凸透镜或凸透镜，但本公开实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中，聚光结构129可为微角锥(micro-pyramid)结构(例如，圆锥、四角锥等)或微梯形(micro-trapezoidal)结构(例如，平顶圆锥、平顶四角锥等)。或者，聚光结构129可为一折射率渐变(gradient-index)结构。
在图3所示的实施例中，每个聚光结构129对应于一个彩色滤光片区段115S。举例来说，一个聚光结构129对应于红色滤光片区段115SR，而另一个聚光结构129对应绿色滤光片区段115SG，但本公开实施例并非以此为限。在一些其他的实施例中，每个聚光结构129可对应于至少两个彩色滤光片区段115S。
与图1E所示的固态成像装置10的不同之处也可包含：图3中的每个彩色滤光片区段115S对应于至少两个光电转换元件103’(例如，两(2×1)个或四(2×2)个光电转换元件103’)，但本公开实施例并非以此为限。类似地，在图3所示的实施例中，每个聚光结构129对应于至少两个光电转换元件103’，但本公开实施例并非以此为限。每个彩色滤光片区段115S或每个聚光结构129所对应的光电转换元件103’的数量可依据实际需求调整。
此外，固态成像装置12的部分俯视图也可与图2所示的固态成像装置10的部分俯视图类似。参照图2，在固态成像装置10的俯视图中，图案化区段125S可形成多个图案化阵列AR。如图2所示，图案化阵列AR可对应于沿着X方向或Y方向彼此相邻排列的四个彩色滤光片区段115S，且每个图案化阵列AR可包含九个图案化区段125S，但本公开实施例并非以此为限。
图4A至图4E是根据本公开不同的实施例分别绘示固态成像装置14、固态成像装置16、固态成像装置18、固态成像装置20与固态成像装置22的部分俯视图。
参照图4A，在固态成像装置14的俯视图中，图案化区段125S可形成多个图案化阵列AR。如图4A所示，每个图案化阵列AR可包含九个图案化区段125S，但本公开实施例并非以此为限。此外，图案化阵列AR可对应于沿着X方向彼此相邻排列的两个彩色滤光片区段115S(例如，图案化阵列AR2与图案化阵列AR3)，或者对应于对角排列的两个彩色滤光片区段115S(例如，图案化阵列AR1与图案化阵列AR2)。
参照图4B，在固态成像装置16的俯视图中，图案化区段125S可形成多个图案化阵列AR。如图4B所示，每个图案化阵列AR可包含九个图案化区段125S，但本公开实施例并非以此为限。此外，图案化阵列AR可对应于对角排列的两个彩色滤光片区段115S(例如，图案化阵列AR1与图案化阵列AR2)。
参照图4C，在固态成像装置18的俯视图中，图案化区段125S可形成多个图案化阵列AR。如图4C所示，每个图案化阵列AR可包含九个图案化区段125S，但本公开实施例并非以此为限。此外，图案化阵列AR可对应于沿着Y方向彼此相邻排列的两个彩色滤光片区段115S(例如，图案化阵列AR1与图案化阵列AR4)。
参照图4D，在固态成像装置20的俯视图中，图案化区段125S可形成多个图案化阵列AR。如图4D所示，每个图案化阵列AR可包含九个图案化区段125S，但本公开实施例并非以此为限。此外，图案化阵列AR可对应于沿着Y方向彼此相邻排列的两个彩色滤光片区段115S(例如，图案化阵列AR1与图案化阵列AR4)，或者对应于对角排列的两个彩色滤光片区段115S(例如，图案化阵列AR4与图案化阵列AR5)。
参照图4E，在固态成像装置22的俯视图中，图案化区段125S可形成多个图案化阵列AR。如图4E所示，每个图案化阵列AR可包含十六个图案化区段125S，但本公开实施例并非以此为限。此外，图案化阵列AR可对应于沿着X方向与Y方向彼此相邻排列的彩色滤光片区段115S。
每个图案化阵列AR中的图案化区段125S的数量并未限定于前述实施例。在一些实施例中，每个图案化阵列AR可包含x2个图案化区段125S，x为大于或等于3的整数，但本公开实施例并非以此为限。此外，每个图案化阵列AR中的图案化区段125S的数量可为变化的(variable)(彼此不同)。
再者，于前述实施例的固态成像装置的剖面图中，每个图案化区段125S被绘示为矩形，但本公开实施例并非以此为限。
图5A至图5C是根据本公开不同的实施例分别绘示固态成像装置24、固态成像装置26与固态成像装置28的部分剖面图。
参照图5A，在固态成像装置24的剖面图中，每个图案化区段125S形成为三角形。参照图5B，在固态成像装置26的剖面图中，每个图案化区段125S形成为梯形。参照图5C，在固态成像装置28的剖面图中，每个图案化区段125S形成为半圆形。在固态成像装置的剖面图中的每个图案化区段125S的形状并未限定于前述实施例，其可依据实际需求改变。
此外，在图5A至图5C所示的实施例中，每个彩色滤光片区段115S(例如，绿色滤光片区段115SG或红色滤光片区段115SR)或者聚光结构129可对应于一个光电转换元件103，但本公开实施例并非以此为限。
综上所述，根据本公开的实施例，固态成像装置包含多个图案化区段及围绕这些图案化区段的透明层，而图案化区段的折射率低于透明层的折射率。如此可防止分隔网格产生绕射，从而改善来自固态成像装置的光电转换元件的影像信号的品质。
以上概述数个实施例的部件，以便在本公开所属技术领域中具有通常知识者可以更理解本公开实施例的观点。在本公开所属技术领域中具有通常知识者应该理解，他们能以本公开实施例为基础，设计或修改其他制程和结构以达到与在此介绍的实施例相同的目的及/或优势。在本公开所属技术领域中具有通常知识者也应该理解到，此类等效的结构并无悖离本公开的精神与范围，且他们能在不违背本公开的精神和范围之下，做各式各样的改变、取代和替换。因此，本公开的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。另外，虽然本公开已以数个优选实施例公开如上，然其并非用以限定本公开。
整份说明书对特征、优点或类似语言的引用，并非意味可以利用本公开实现的所有特征和优点应该或者可以在本公开的任何单个实施例中实现。相对地，涉及特征和优点的语言被理解为其意味着结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本公开的至少一个实施例中。因而，在整份说明书中对特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定代表相同的实施例。
再者，在一个或多个实施例中，可以任何合适的方式组合本公开的所描述的特征、优点和特性。根据本文的描述，相关领域的技术人员将意识到，可在没有特定实施例的一个或多个特定特征或优点的情况下实现本公开。在其他情况下，在某些实施例中可辨识附加的特征和优点，这些特征和优点可能不存在于本公开的所有实施例中。

Claims (10)

1.一种固态成像装置，包括：
多个光电转换元件；
一彩色滤光片层，设置于所述光电转换元件的上方，且具有多个彩色滤光片区段；
一分隔网格，设置于所述彩色滤光片区段之间；
一图案化结构，设置于该彩色滤光片层之上，且具有多个图案化区段；以及
一透明层，设置于该彩色滤光片层与该分隔网格之上并围绕所述图案化区段，
其中所述图案化区段中的至少一个设置于该分隔网格之上。
2.如权利要求1所述的固态成像装置，其中，该图案化结构的折射率低于该透明层的折射率，该图案化结构的折射率介于1.2与1.65，且所述图案化区段中的每一个的厚度小于或等于该透明层的厚度。
3.如权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述图案化区段中的一个设置于所述彩色滤光片区段中的一个之上，或者所述图案化区段中的至少两个设置于所述彩色滤光片区段中的一个之上。
4.如权利要求1所述的固态成像装置，其中，在该固态成像装置的剖面图中，该分隔网格被区分为多个分隔网格区段，所述分隔网格区段中两个彼此相邻的分隔网格区段的距离定义一像素尺寸，且所述图案化区段中的每一个的宽度与该像素尺寸的比例小于0.5。
5.如权利要求1所述的固态成像装置，还包括：
一金属网格，设置于所述彩色滤光片区段之间；及
多个聚光结构，设置于该透明层之上；
其中该分隔网格覆盖该金属网格的至少一部分。
6.如权利要求5所述的固态成像装置，其中，所述聚光结构中的每一个对应于所述彩色滤光片区段中的一个，或者所述聚光结构中的每一个对应于所述彩色滤光片区段中的至少两个。
7.如权利要求1所述的固态成像装置，其中，在该固态成像装置的俯视图中，所述图案化区段形成多个图案化阵列，所述图案化阵列对应于所述彩色滤光片区段中彼此相邻排列的两个彩色滤光片区段，或者所述图案化阵列对应于所述彩色滤光片区段中对角排列的两个彩色滤光片区段。
8.如权利要求1所述的固态成像装置，其中，在该固态成像装置的俯视图中，所述图案化区段形成多个图案化阵列，且所述图案化阵列中的每一个包括x2个图案化区段，x为大于或等于3的整数。
9.如权利要求1所述的固态成像装置，其中，在该固态成像装置的剖面图中，所述图案化区段中的每一个形成为三角形、矩形、梯形或半圆形。
10.如权利要求1所述的固态成像装置，其中，所述彩色滤光片区段中的每一个对应于所述光电转换元件中的一个，或者所述彩色滤光片区段中的每一个对应于所述光电转换元件中的至少两个。
CN202110441582.7A 2020-11-10 2021-04-23 固态成像装置 Pending CN114464635A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/094,531 US11538839B2 (en) 2020-11-10 2020-11-10 Solid-state image sensor including patterned structure for decreasing petal flares
US17/094,531 2020-11-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114464635A true CN114464635A (zh) 2022-05-10

Family

ID=81406666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110441582.7A Pending CN114464635A (zh) 2020-11-10 2021-04-23 固态成像装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11538839B2 (zh)
JP (1) JP7109617B2 (zh)
CN (1) CN114464635A (zh)
TW (1) TWI773209B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI824622B (zh) * 2022-07-15 2023-12-01 力成科技股份有限公司 影像感測器封裝結構

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010245129A (ja) 2009-04-01 2010-10-28 Panasonic Corp 固体撮像素子
US20140339606A1 (en) 2013-05-16 2014-11-20 Visera Technologies Company Limited Bsi cmos image sensor
JP2016009813A (ja) * 2014-06-26 2016-01-18 ソニー株式会社 固体撮像装置、電子機器、及び、固体撮像装置の製造方法
JP2019087545A (ja) * 2017-11-01 2019-06-06 凸版印刷株式会社 固体撮像素子及びその製造方法
KR102498582B1 (ko) * 2018-02-26 2023-02-14 에스케이하이닉스 주식회사 파티션 패턴들을 가진 이미지 센서
KR102507207B1 (ko) * 2018-04-11 2023-03-09 에스케이하이닉스 주식회사 낮은 굴절률을 갖는 패싱 필터를 포함하는 이미지 센서
US10770496B2 (en) 2018-04-16 2020-09-08 Visera Technologies Company Limited Optical sensors and methods for forming the same
US10686000B1 (en) 2019-04-12 2020-06-16 Visera Technologies Company Limited Solid-state imaging device

Also Published As

Publication number Publication date
US11538839B2 (en) 2022-12-27
JP2022076982A (ja) 2022-05-20
US20220149096A1 (en) 2022-05-12
TWI773209B (zh) 2022-08-01
TW202220198A (zh) 2022-05-16
JP7109617B2 (ja) 2022-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9412775B2 (en) Solid-state imaging devices and methods of fabricating the same
KR102208880B1 (ko) 이미지 센서 디바이스들에 대한 컬러 필터 균일도
WO2011142065A1 (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
CN113380838B (zh) 固态成像装置
US9704901B2 (en) Solid-state imaging devices
TWI711172B (zh) 具有均勻感光區陣列的成像裝置
CN111564459A (zh) 图像感测装置及其形成方法
CN114335035A (zh) 固态成像装置
TWI773209B (zh) 固態成像裝置
KR102497910B1 (ko) 솔리드-스테이트 이미지 센서
US11569285B2 (en) Solid-state imaging device having a waveguide partition grid with variable grid widths
CN115642163A (zh) 固态影像感测器
TWI837516B (zh) 固態影像感測器
US12027547B2 (en) Solid-state image sensor
US20230402476A1 (en) Image sensor
TW202316647A (zh) 固態影像感測器
KR20240029409A (ko) 이미지 센싱 장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination