TW201537735A - 固態成像裝置及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本揭示提供固態成像裝置及其製造方法，固態成像裝置包含基底，其含有第一和第二光電轉換元件，彩色濾光層具有第一和第二彩色濾光部件分別設置在第一和第二光電轉換元件之上，遮光分隔物設置於第一與第二彩色濾光部件之間，遮光分隔物的高度低於第一和第二彩色濾光部件的高度，緩衝層設置於第一與第二彩色濾光部件之間，並且緩衝層位於遮光分隔物上方，其中緩衝層的折射率低於彩色濾光層的折射率。
Description
本發明係有關於成像裝置，特別有關於具有薄化尺寸的固態成像裝置及其製造方法。
影像感測器已經廣泛地在各種影像拍攝設備中使用，例如攝影機、數位相機等設備，一般而言，固態成像裝置例如電荷耦合元件(charge coupled device；CCD)感測器或互補式金屬氧化半導體(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)感測器，皆具有將光線轉換成電荷的光電轉換器例如光電二極體(photodiodes)，這些光電二極體形成在半導體基底例如矽晶片上，並且藉由CCD型或CMOS型的讀取電路得到在光電二極體中產生的光電子所對應的信號電荷。
固態成像裝置可依據光線入射至光接收單元的方向大致分為兩個種類，一種是前照式(front-side illuminated；FSI)成像裝置，其接收入射至半導體基底正面上的光線，在半導體基底的正面上具有導線層；另一種是背照式(back-side illuminated；BSI)成像裝置，其接收入射至半導體基底背面上的光線，在半導體基底的背面上無導線層。
這些前照式(FSI)與背照式(BSI)成像裝置通常具有遮光層，遮光層係用於阻擋畫素之間的光線，以改善成像裝
置的靈敏度並避免混色發生。參閱第1圖，其顯示成像裝置10的剖面示意圖，成像裝置10包含半導體基底11，半導體基底11具有光電二極體(未繪出)形成於其中，遮光層13形成在半導體基底11上，並且在半導體基底11上還形成絕緣層15覆蓋遮光層13，此外，成像裝置10還包含彩色濾光層17和微透鏡19形成於絕緣層15之上。
在成像裝置10中，於彩色濾光層17與半導體基底
11之間設置遮光層13和絕緣層15，因此，成像裝置10的總厚度無法降低。除此之外，在背照式(BSI)成像裝置中，入射光線並不會穿過位於半導體基底11正面上的導電層，而是從半導體基底11背面的方向抵達位於半導體基底11中的光電二極體，由於在背照式(BSI)成像裝置中入射光線的光穿透路徑較短，因此，相較於前照式(FSI)成像裝置，在背照式(BSI)成像裝置的相鄰畫素之間更容易發生光學串音干擾(cross-talk)問題。
依據本揭示的實施例，可藉由將遮光膜與彩色濾
光層設置在相同平面上，而降低固態成像裝置的總厚度。此外，依據本揭示的實施例，經由遮光膜的設置方式，以及提供低折射率的緩衝層填充在相鄰彩色濾光部件之間的空間內，並且緩衝層設置於遮光膜上方，其中緩衝層的折射率低於彩色濾光層的折射率，如此可克服固態成像裝置的相鄰畫素之間的光學串音干擾問題。
在一些實施例中，提供固態成像裝置，此固態成
像裝置包含：基底，其含有第一光電轉換元件和第二光電轉換
元件形成於基底中；彩色濾光層，其具有第一彩色濾光部件設置於第一光電轉換元件之上，以及第二彩色濾光部件設置於第二光電轉換元件之上；遮光分隔物，設置於第一彩色濾光部件與第二彩色濾光部件之間，遮光分隔物的高度低於第一和第二彩色濾光部件的高度；緩衝層，設置於第一彩色濾光部件與第二彩色濾光部件之間，並且位於遮光分隔物上方，此緩衝層的折射率低於彩色濾光層的折射率；以及微透鏡結構，設置於彩色濾光層之上。
在一些實施例中，提供固態成像裝置，此固態成
像裝置包含：基底，其含有第一、第二和第三光電轉換元件形成於基底中；彩色濾光層，其具有第一、第二和第三彩色濾光部件分別設置於第一、第二和第三光電轉換元件之上；第一遮光分隔物設置於第一與第二彩色濾光部件之間，第二遮光分隔物設置於第二與第三彩色濾光部件之間，第一和第二遮光分隔物的高度低於彩色濾光層的高度；以及微透鏡結構，設置於彩色濾光層之上，其中第二彩色濾光部件完全地覆蓋第一和第二遮光分隔物，並且第二彩色濾光部件的折射率高於微透鏡結構的折射率。
在一些實施例中，提供固態成像裝置的製造方
法，此方法包含：提供基底，其具有複數個畫素，每一個畫素具有一個光電轉換元件形成於其中；形成遮光膜於基底之上，遮光膜具有複數個孔洞，每一個孔洞各自對應於一個畫素；形成彩色濾光層，具有複數個彩色濾光部件各自填充於每一個畫素中遮光膜的個別孔洞內，並且遮光膜的高度低於彩色濾光層
的高度；在相鄰的這些彩色濾光部件之間形成緩衝層，並且緩衝層形成於遮光膜上方，此緩衝層的折射率低於彩色濾光層的折射率；以及在彩色濾光層之上形成微透鏡結構。
在一些實施例中，提供固態成像裝置的製造方
法，此方法包含：提供基底，其具有複數個畫素，每一個畫素具有一個光電轉換元件形成於其中；於基底之上形成遮光膜，遮光膜具有複數個孔洞，每一個孔洞各自對應於一個畫素；形成彩色濾光層，其具有第一、第二和第三彩色濾光部件分別填充在位於每一個畫素中遮光膜的個別孔洞內，其中第二彩色濾光部件完全地覆蓋遮光膜，並且遮光膜的高度低於彩色濾光層的高度；以及形成微透鏡結構於彩色濾光層之上，其中第二彩色濾光部件的折射率高於微透鏡結構的折射率。
10‧‧‧成像裝置
11‧‧‧半導體基底
13‧‧‧遮光層
15‧‧‧絕緣層
17‧‧‧彩色濾光層
19‧‧‧微透鏡
100‧‧‧固態成像裝置
101‧‧‧基底
101A‧‧‧基底的正面
101B‧‧‧基底的背面
102‧‧‧入射光線
103A、103B、103C‧‧‧光電轉換元件
105‧‧‧高介電常數膜
107‧‧‧第一護層
109‧‧‧遮光膜
109P‧‧‧遮光分隔物
110、112‧‧‧孔洞
111‧‧‧第二護層
113‧‧‧彩色濾光層
113R、113G、113B‧‧‧彩色濾光部件
114‧‧‧低折射率材料層
115‧‧‧緩衝層
116‧‧‧微透鏡材料層
117‧‧‧微透鏡結構
117ML‧‧‧微透鏡元件
118‧‧‧微透鏡元件的上方部分
119‧‧‧突起物
120、130‧‧‧圖案化步驟
為了讓本揭示的各種實施例之目的、特徵、及優點能更明顯易懂，以下配合所附圖式作詳細說明如下：第1圖顯示成像裝置的局部剖面示意圖；第2、4、6、8、10、12和14圖顯示依據本揭示的一些實施例，固態成像裝置的局部剖面示意圖；以及第3A-3E、5A-5D、7A-7B、9A-9B、11A-11B、13A-13B和15A-15B圖顯示依據本揭示的一些實施例，製造固態成像裝置的製程之各階段的局部剖面示意圖。
參閱第2圖，其顯示依據本揭示的一些實施例，固
態成像裝置100的局部剖面示意圖，固態成像裝置100可由互補式金屬氧化半導體(CMOS)影像感測器或電荷耦合元件(CCD)影像感測器形成，固態成像裝置100包含基底101，例如為半導體基底，其具有正面101A和背面101B，半導體基底可以是晶圓或晶片。固態成像裝置100包含複數個光電轉換元件形成在基底101中，光電轉換元件例如為光電二極體103A、103B和103C，每一個光電二極體103A-103C各自設置在固態成像裝置100的一個畫素中，並且這些光電二極體互相隔離，雖然第2圖中僅顯示出三個畫素，然而實際上固態成像裝置100具有數百萬或更多的畫素。
在一些實施例中，光電二極體103A、103B和103C
形成在基底101的背面101B上，而固態成像裝置100所需的各種導線和電子電路的導線層(未繪出)則形成在基底101的正面101A上。入射光線102照射在基底101的背面101B上，並且被光電二極體103A、103B和103C接收，因此，固態成像裝置100也稱為背照式(BSI)成像裝置。在一些其他實施例中，固態成像裝置100可以是前照式(FSI)成像裝置，入射光線照射在基底101的正面101A上，穿透過導線層並且被光電二極體接收，因為入射光線穿透過前照式(FSI)成像裝置抵達光電二極體的路徑比背照式(BSI)成像裝置更遠，因此前照式(FSI)成像裝置的光學串音干擾(cross-talk)效應比背照式(BSI)成像裝置小。
再參閱第2圖，高介電常數(high-k)膜105形成在基底101的背面101B上，並覆蓋光電二極體103A、103B和103C。高介電常數膜105的材料包含氧化鉿(HfO2)、氧化鉿鉭
(HfTaO)、氧化鉿鈦(HfTiO)、氧化鉿鋯(HfZrO)或其他合適的高介電常數之介電材料，高介電常數膜105具有高的折射率和光吸收能力，可藉由沈積製程形成高介電常數膜105。
第一護層(first passivation layer)107形成在高介電
常數膜105上，第一護層107可作為後續在第一護層107上形成圖案化層時的蝕刻停止層，第一護層107的材料包含氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其他合適的絕緣材料，可藉由沈積製程形成第一護層107。
遮光膜109包含複數個遮光分隔物109P形成在第
一護層107上，從上視角度觀之，這些遮光分隔物109P組成格子狀結構。在一些實施例中，遮光膜109的材料可為金屬，而這些遮光分隔物109P則組成金屬格狀物，在金屬格狀物中具有複數個孔洞110，並且這些孔洞110設置於遮光分隔物109P之間。
第二護層(second passivation layer)111順應性地形
成在遮光膜109上，在一些實施例中，第二護層111覆蓋遮光分隔物109P的頂部表面和側壁；在一些其他實施例中，第二護層111更覆蓋了由孔洞110暴露出來的第一護層107的一部份。第二護層111的材料包含氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其他合適的絕緣材料，可藉由沈積製程或順應性的塗佈製程(conformal coating process)形成第二護層111。此外，可藉由微影與蝕刻製程將第二護層111圖案化，以移除位於孔洞110中的第二護層111。在一些實施例中，第二護層111的材料與第一護層107相同；在一些其他實施例中，第二護層111的材料與第一護層107
不同。
依據本揭示的一些實施例，彩色濾光層113與遮光
膜109形成在相同的平面上，彩色濾光層113包含複數個彩色濾光部件，例如紅色的彩色濾光部件113R、綠色的彩色濾光部件113G和藍色的彩色濾光部件113B，這些彩色濾光部件113R、113G和113B填充在遮光膜109個別的孔洞110中，並且這些彩色濾光部件113R、113G和113B藉由遮光分隔物109P而互相隔開，形成不互相連接的輪廓。在一些其他實施例中，彩色濾光層113更包含白色的彩色濾光部件(未繪出)，這些彩色濾光部件113R、113G、113B和白色的彩色濾光部件可以採用各種型態排列。
如第2圖所示，彩色濾光層113和遮光膜109都形成
在第一護層107的頂部表面上，因此降低了固態成像裝置100的總厚度或高度。遮光膜109係設置在任兩個相鄰的彩色濾光部件之間，例如介於113R與113G之間，或者介於113G與113B之間，並且遮光分隔物109P的高度低於彩色濾光部件113R-113B的高度，這些彩色濾光部件113R、113G和113B分別對應至光電二極體103A、103B和103C。
在一些實施例中，如第2圖所示，固態成像裝置100
包含緩衝層115，其覆蓋遮光膜109和彩色濾光層113，緩衝層115形成在第二護層111上方，並且填充在任兩個相鄰的彩色濾光部件之間的空間內，例如緩衝層115填充在彩色濾光部件113R與113G之間的空間內，以及填充在彩色濾光部件113G與113B之間的空間內。換言之，緩衝層115設置在任兩個相鄰的
彩色濾光部件之間，並且緩衝層115位於遮光分隔物109P上方。緩衝層115具有折射率n1，其低於彩色濾光層113的折射率n2，因此具有低折射率的緩衝層115可以避免光學串音干擾問題在兩個相鄰的彩色濾光部件之間發生。在一些實施例中，緩衝層115的折射率n1的範圍從約1.25至約1.55。
在一些實施例中，如第2圖所示，也可以使用緩衝
層115的材料形成微透鏡結構117，使得緩衝層115與微透鏡結構117結合成為由相同材料形成的一體成型結構。換言之，微透鏡結構117與緩衝層115由相同材料製成並具有折射率n1，此折射率n1低於彩色濾光層113的折射率n2。在相同步驟中，包含沈積、微影及蝕刻製程，一體成型地形成微透鏡結構117和緩衝層115。
第3A-3E圖顯示依據一些實施例，製造第2圖的固
態成像裝置100之各階段製程的局部剖面示意圖。參閱第3A圖，提供基底101，其係定義為具有複數個畫素P，每一個畫素P具有一個光電轉換元件，例如光電二極體103A、103B或103C形成於其中，這些光電二極體103A、103B和103C形成在基底101的背面101B上。高介電常數膜105形成在基底101的背面101B上，並且覆蓋光電二極體103A、103B和103C，第一護層107形成在高介電常數膜105上。
參閱第3B圖，在第一護層107上沈積遮光膜109，
並且將遮光膜109圖案化，以形成複數個遮光分隔物109P，遮光膜109具有複數個孔洞110形成於其中，並且孔洞110位於遮光分隔物109P之間，每一個孔洞110各自對應於一個畫素P。參
閱第3C圖，在遮光膜109上以及由孔洞110暴露出來的第一護層107上順應性地形成第二護層111，第二護層111覆蓋遮光分隔物109P的頂部表面和側壁。
參閱第3D圖，在一些實施例中，將位於孔洞110中
第二護層111的一部分移除；在一些其他實施例中，位於孔洞110中第二護層111的該部分則不會移除。彩色濾光層113具有複數個彩色濾光部件113R、113G和113B，這些彩色濾光部件填充在每一個畫素P中遮光膜109的孔洞110內，每一個彩色濾光部件113R、113G和113B各自填充在一個孔洞110中。
參閱第3E圖，將用於形成緩衝層115和微透鏡結構
117的低折射率材料層114塗佈在彩色濾光層113和遮光膜109之上，並且在低折射率材料層114上進行圖案化步驟120，例如微影與蝕刻製程，藉此形成微透鏡結構117和緩衝層115，其中低折射率材料層114的上方部分被蝕刻，形成微透鏡結構117，低折射率材料層114的下方部分則留下，形成緩衝層115，以覆蓋遮光膜109和彩色濾光層113，完成第2圖的固態成像裝置100。
參閱第4圖，其顯示依據一些實施例，固態成像裝
置100的局部剖面示意圖，第4圖與第2圖的差別在於第4圖之第二護層111在遮光膜109上方的頂部表面大抵上與彩色濾光層113的頂部表面齊平。換言之，第4圖的第二護層111填滿任兩個相鄰的彩色濾光部件之間的空間，例如第二護層111填滿介於彩色濾光部件113R與113G之間的空間，以及填滿介於彩色濾光部件113G與113B之間的空間。在一些實施例中，第二護層111
的材料與第一護層107的材料不同，第二護層111的折射率n3的範圍從約1.25至約1.55。在此實施例中，微透鏡結構117與緩衝層115由相同材料製成並具有折射率n1，折射率n1低於彩色濾光層113的折射率n2，折射率n1的範圍從約1.25至約1.55，第4圖的微透鏡結構117和緩衝層115也是在相同步驟中一體成型地形成。
第5A-5D圖顯示依據一些實施例，製造第4圖的固
態成像裝置100之各階段製程的局部剖面示意圖。參閱第5A圖，如前所述，光電二極體103A、103B和103C、高介電常數膜105、第一護層107和遮光膜109在基底101之上形成，沈積第二護層111覆蓋遮光膜109和第一護層107，並且第二護層111具有平坦的表面，之後在第二護層111上進行圖案化步驟130，例如微影與蝕刻製程。
參閱第5B圖，位於遮光分隔物109P之間的第二護
層111的部分被移除，形成複數個孔洞112。參閱第5C圖，彩色濾光層113具有複數個彩色濾光部件113R、113G和113B，彩色濾光部件填充在這些孔洞112中，其中每一個彩色濾光部件113R、113G和113B各自填充在一個孔洞112中，並且彩色濾光部件113R、113G和113B的頂部表面大抵上與第二護層111的頂部表面齊平。
參閱第5D圖，將用於形成緩衝層115和微透鏡結構
117的材料層114塗佈在彩色濾光層113和第二護層111上，並且在材料層114上進行圖案化步驟120，例如微影與蝕刻製程，同時形成微透鏡結構117和緩衝層115，完成第4圖的固態成像裝
置100。
參閱第6圖，其顯示依據一些實施例，固態成像裝
置100的局部剖面示意圖，第6圖與第2圖之固態成像裝置100的差別在於第6圖的緩衝層115和微透鏡結構117由不同材料製成，在一些實施例中，緩衝層115的折射率n1低於彩色濾光層113的折射率n2，因此具有低折射率的緩衝層115可以避免光學串音干擾問題在兩個相鄰的彩色濾光部件之間發生。此外，微透鏡結構117的折射率n4高於緩衝層115的折射率n1，當微透鏡結構117的折射率越高時，微透鏡結構117的高度可降至越低，因此，可以進一步降低固態成像裝置100的總厚度(或高度)。在一些實施例中，緩衝層115的折射率n1的範圍從約1.25至約1.55，而微透鏡結構117的折射率n4的範圍從約1.56至約1.90。
在一些其他實施例中，緩衝層115的折射率n1低於
彩色濾光層113的折射率n2，因此具有低折射率的緩衝層115可以避免光學串音干擾問題在兩個相鄰的彩色濾光部件之間發生，此外，微透鏡結構117的折射率n4低於緩衝層115的折射率n1。在此實施例中，微透鏡結構117的折射率n4、緩衝層115的折射率n1和彩色濾光層113的折射率n2沿著入射光線穿透過固態成像裝置100的路徑梯度地增加，因此可降低入射光線的損失。
如第6圖所示，緩衝層115平坦地覆蓋遮光膜109和
彩色濾光層113，並具有平坦的表面，而微透鏡結構117則形成在緩衝層115的平坦表面上。在一些實施例中，可於微透鏡結構117的表面上進一步地沈積化學氣相沈積(chemical vapor
deposition；CVD)氧化物薄膜(未繪出)。
第7A-7B圖顯示依據一些實施例，製造第6圖的固
態成像裝置100之各階段製程的局部剖面示意圖。參閱第7A圖，如前所述，在基底101之上形成光電二極體103A、103B和103C、高介電常數膜105、第一護層107、具有複數個遮光分隔物109P的遮光膜109、順應性地形成在遮光膜109上的第二護層111，以及包含複數個彩色濾光部件113R、113G和113B的彩色濾光層113，這些彩色濾光部件113R、113G和113B的頂部表面高於第二護層111的頂部表面。
參閱第7B圖，在彩色濾光層113、遮光膜109和第
二護層111之上形成緩衝層115，緩衝層115平坦地覆蓋遮光膜109和彩色濾光層113，並且具有平坦的表面。將微透鏡材料層116塗佈在緩衝層115上，之後在微透鏡材料層116上進行圖案化步驟120，例如微影與蝕刻製程，以形成微透鏡結構117，完成第6圖的固態成像裝置100。
參閱第8圖，其顯示依據一些實施例，固態成像裝
置100的局部剖面示意圖，第8圖與第6圖的差別在於第8圖的第二護層111在遮光膜109上方的頂部表面大抵上與彩色濾光層113的頂部表面齊平。換言之，第8圖的第二護層111填滿任兩個相鄰的彩色濾光部件之間的空間，例如第二護層111填滿介於彩色濾光部件113R與113G之間的空間，以及填滿介於彩色濾光部件113G與113B之間的空間。在一些實施例中，第二護層111的材料與第一護層107的材料不同，第二護層111的折射率n3的範圍從約1.25至約1.55。
第8圖的緩衝層115和微透鏡結構117由不同材料
製成，在一些實施例中，緩衝層115的折射率n1低於彩色濾光層113的折射率n2，因此具有低折射率的緩衝層115可以避免光學串音干擾問題在兩個相鄰的彩色濾光部件之間發生。此外，微透鏡結構117的折射率n4高於緩衝層115的折射率n1，當微透鏡結構117的折射率越高時，微透鏡結構117的高度可以降至越低，如此可以進一步降低固態成像裝置100的總厚度(或高度)。
在一些實施例中，緩衝層115的折射率n1的範圍從約1.25至約1.55，而微透鏡結構117的折射率n4的範圍從約1.56至約1.90。
在一些其他實施例中，緩衝層115的折射率n1低於
彩色濾光層113的折射率n2，因此具有低折射率的緩衝層115可以避免光學串音干擾問題在兩個相鄰的彩色濾光部件之間發生，此外，微透鏡結構117的折射率n4低於緩衝層115的折射率n1。在此實施例中，微透鏡結構117的折射率n4、緩衝層115的折射率n1和彩色濾光層113的折射率n2沿著入射光線穿透過固態成像裝置100的路徑梯度地增加，因此降低了入射光線的損失。
第9A-9B圖顯示依據一些實施例，製造第8圖的固
態成像裝置100之各階段製程的局部剖面示意圖。參閱第9A圖，如前所述，在基底101之上形成光電二極體103A、103B和103C、高介電常數膜105、第一護層107、具有複數個遮光分隔物109P的遮光膜109、位於遮光膜109上的第二護層111，以及包含複數個彩色濾光部件113R、113G和113B的彩色濾光層113，其中第二護層111的頂部表面與彩色濾光層113的頂部表
面齊平。
參閱第9B圖，在彩色濾光層113和第二護層111上
形成緩衝層115，並且緩衝層115具有平坦的表面，將微透鏡材料層116塗佈在緩衝層115上，之後在微透鏡材料層116上進行圖案化步驟120，例如微影與蝕刻製程，以形成微透鏡結構117，完成第8圖的固態成像裝置100。
參閱第10圖，其顯示依據一些實施例，固態成像
裝置100的局部剖面示意圖，此固態成像裝置100包含緩衝層115設置於遮光膜109、第二護層111和彩色濾光層113之上，第二護層111順應性地形成在遮光膜109上，此外，緩衝層115還填滿任兩個相鄰的彩色濾光部件之間的空間，例如緩衝層115填滿介於彩色濾光部件113R與113G之間的空間，以及填滿介於彩色濾光部件113G與113B之間的空間。
如第10圖所示，固態成像裝置100包含複數個突起
物119形成在緩衝層115之上，在此實施例中，使用緩衝層115的材料形成這些突起物119，其中每一個突起物119係作為微透鏡結構117的單一個微透鏡元件117ML的下方部分，並且緩衝層115與突起物119結合成為由相同材料製成的一體成型結構，在相同步驟中，包含沈積、微影及蝕刻製程，一體成型地形成突起物119和緩衝層115，而微透鏡結構117的單一個微透鏡元件117ML的上方部分118則是由與突起物119和緩衝層115不同的材料製成。
在一些實施例中，突起物119和緩衝層115由相同
材料製成，此材料的折射率n1低於彩色濾光層113的折射率
n2，因此具有低折射率的緩衝層115可以避免光學串音干擾問題在兩個相鄰的彩色濾光部件之間發生，在一些實施例中，折射率n1的範圍從約1.25至約1.55。此外，微透鏡結構117的上方部分118的折射率n4高於突起物119和緩衝層115的折射率n1，在一些實施例中，折射率n4的範圍從約1.56至約1.90。微透鏡結構117的上方部分118具有高折射率n4，因此可以使得微透鏡結構117的高度降低，藉此可進一步降低固態成像裝置100的總厚度或高度。
在一些其他實施例中，突起物119和緩衝層115的
折射率n1低於彩色濾光層113的折射率n2，此外，微透鏡結構117的上方部分118的折射率n4低於突起物119和緩衝層115的折射率n1，在此實施例中，微透鏡結構117的上方部分118的折射率n4、突起物119和緩衝層115的折射率n1，以及彩色濾光層113的折射率n2係沿著入射光線穿透過固態成像裝置100的路徑梯度地增加，因此降低了入射光線穿透過固態成像裝置100的損失。
第11A-11B圖顯示依據一些實施例，製造第10圖的
固態成像裝置100之各階段製程的局部剖面示意圖。參閱第11A圖，如前所述，在基底101之上形成光電二極體103A、103B和103C、高介電常數膜105、第一護層107、具有複數個遮光分隔物109P的遮光膜109、順應性地形成在遮光膜109上的第二護層111，以及包含複數個彩色濾光部件113R、113G和113B的彩色濾光層113，其中彩色濾光部件113R、113G和113B的頂部表面高於第二護層111的頂部表面。
參閱第11B圖，將用於形成緩衝層115和突起物119
的低折射率材料層114塗佈在彩色濾光層113、第二護層111和遮光膜109之上，並且低折射率材料層114具有平坦的表面。將用於形成微透鏡結構117的上方部分118之微透鏡材料層116塗佈在低折射率材料層114上，之後在微透鏡材料層116上進行圖案化步驟120，例如微影與蝕刻製程，以形成微透鏡結構117的上方部分118。此外，圖案化步驟120更進一步地在低折射率材料層114上進行，使得低折射率材料層114的上方部分被蝕刻，並且在低折射率材料層114的下方部分上形成突起物119，這些突起物119組成微透鏡結構117的下方部分，而低折射率材料層114的下方部分則形成緩衝層115，藉此在緩衝層115上形成突起物119，完成第10圖的固態成像裝置100。
參閱第12圖，其顯示依據一些實施例，固態成像
裝置100的局部剖面示意圖，第12圖與第10圖的差別在於第12圖之第二護層111在遮光膜109上方的頂部表面大抵上與彩色濾光層113的頂部表面齊平，而且第12圖的第二護層111填滿任兩個相鄰的彩色濾光部件之間的空間。在一些實施例中，第二護層111的材料與第一護層107的材料不同，第二護層111的折射率n3的範圍從約1.25至約1.55。在此實施例中，微透鏡結構117的上方部分118的材料與突起物119和緩衝層115的材料不同，在一些實施例中，微透鏡結構117的上方部分118的折射率n4、突起物119和緩衝層115的折射率n1，以及彩色濾光層113的折射率n2與上述第10圖的條件相同。
第13A-13B圖顯示依據一些實施例，製造第12圖的
固態成像裝置100之各階段製程的局部剖面示意圖。參閱第13A圖，如前所述，在基底101之上形成光電二極體103A、103B和103C、高介電常數膜105、第一護層107、具有複數個遮光分隔物109P的遮光膜109、位於遮光膜109上的第二護層111，以及包含複數個彩色濾光部件113R、113G和113B的彩色濾光層113，其中第二護層111的頂部表面與彩色濾光層113的頂部表面齊平。
參閱第13B圖，將用於形成緩衝層115和突起物119
的材料層114塗佈在彩色濾光層113、第二護層111和遮光膜109之上，並且材料層114具有平坦的表面。將用於形成微透鏡結構117的上方部分118之微透鏡材料層116塗佈在材料層114上，之後在微透鏡材料層116上進行圖案化步驟120，例如微影與蝕刻製程，以形成微透鏡結構117的上方部分118。此外，圖案化步驟120更進一步地在材料層114上進行，藉此在緩衝層115上形成突起物119，完成第12圖的固態成像裝置100。
參閱第14圖，其顯示依據一些實施例，固態成像
裝置100的局部剖面示意圖，此固態成像裝置100包含遮光膜109與彩色濾光層113形成在相同的平面上，例如遮光膜109和彩色濾光層113形成在第一護層107的頂部表面上，降此降低了固態成像裝置100的總厚度或高度。遮光膜109包含複數個遮光分隔物109P，這些遮光分隔物109P組成具有複數個孔洞110的格子狀結構。
固態成像裝置100還包含第二護層111順應性地形
成在遮光膜109上，在一些實施例中，第二護層111覆蓋遮光分
隔物109P的頂部表面和側壁；在一些其他實施例中，第二護層111還覆蓋了由孔洞110暴露出來的第一護層107的一部份。
在一些實施例中，彩色濾光層113包含複數個彩色
濾光部件，例如紅色的彩色濾光部件113R、綠色的彩色濾光部件113G和藍色的彩色濾光部件113B，每一個彩色濾光部件113R、113G和113B各自填充在遮光膜109的格子狀結構的一個孔洞110中，其中每一個遮光分隔物109P設置在兩個相鄰的彩色濾光部件之間，並且遮光分隔物109P的高度低於彩色濾光部件113R、113G和113B的高度。
在此實施例中，各種彩色濾光部件中的一種，例
如綠色的彩色濾光部件113G，係設置為延伸至完全覆蓋遮光分隔物109P，換言之，彩色濾光部件中的一種，例如綠色的彩色濾光部件113G係形成在第二護層111上，並且填充在遮光分隔物109P上方的空間內，因此，位於遮光分隔物109P上方的彩色濾光層113的一些部份與其他部分連接在一起，使得彩色濾光層113具有連接的輪廓。在此實施例中，彩色濾光部件中的一種，例如綠色的彩色濾光部件113G與相鄰的彩色濾光部件，例如紅色的彩色濾光部件113R和藍色的彩色濾光部件113B接觸。此外，彩色濾光部件中的一種，例如綠色的彩色濾光部件113G的面積大於其他彩色濾光部件，例如紅色的彩色濾光部件113R、藍色的彩色濾光部件113B的面積，在此實施例中，不同顏色的各種彩色濾光部件的光學效能可以藉由不同面積的設計互相平衡，使得彩色濾光層113達到理想的光學效能。
固態成像裝置100更包含微透鏡結構117形成在彩
色濾光層113上，在一些實施例中，彩色濾光部件中延伸至完全覆蓋遮光分隔物109P的那一種彩色濾光部件具有折射率n5，此折射率n5高於微透鏡結構117的折射率n4，折射率n5的範圍從約1.56至約1.90。在一些實施例中，於微透鏡結構117的表面上可進一步地沈積化學氣相沈積(CVD)氧化物薄膜，此CVD氧化物薄膜具有折射率n6，折射率n6低於微透鏡結構117的折射率n4，CVD氧化物薄膜的材料包含氧化矽、氮化矽或前述之組合。
第15A-15B圖顯示依據一些實施例，製造第14圖的
固態成像裝置100之各階段製程的局部剖面示意圖。參閱第15A圖，如前所述，在基底101之上形成光電二極體103A、103B和103C、高介電常數膜105、第一護層107、具有複數個遮光分隔物109P的遮光膜109，以及順應性地形成在遮光膜109上的第二護層111。彩色濾光層113包含複數個彩色濾光部件113R、113G和113B，分別填充在每一個畫素P中遮光膜109的孔洞110內，彩色濾光部件中的一種，例如綠色的彩色濾光部件113G更延伸至遮光分隔物109P上方，與相鄰的彩色濾光部件，例如紅色的彩色濾光部件113R和藍色的彩色濾光部件113B接觸，此外，彩色濾光部件中的這一種，例如綠色的彩色濾光部件113G也延伸至第二護層111上方，填滿位於遮光分隔物109P上方的空間，而且彩色濾光部件中的這一種，例如綠色的彩色濾光部件113G完全地覆蓋了遮光膜109，這些彩色濾光部件113R、113G和113B的頂部表面高於第二護層111的頂部表面。
參閱第15B圖，將用於形成微透鏡結構117的微透
鏡材料層116塗佈在彩色濾光層113上，之後在微透鏡材料層116上進行圖案化步驟120，例如微影與蝕刻製程，以形成微透鏡結構117，完成第14圖的固態成像裝置100。
依據本揭示之實施例，遮光膜與彩色濾光層係形
成在相同的平面上，藉此可降低固態成像裝置的總厚度或高度，得到薄化的固態成像裝置。在薄化的固態成像裝置的每一個畫素中的光電二極體可接收到角度範圍較為廣寬的入射光，因此可以提升固態成像裝置的主光線角度(chief ray angle；CRA)，其有助於讓傾斜的入射光被每一個畫素中的光電二極體接收。
此外，在本揭示的一些實施例中，使用低折射率
材料填充於彩色濾光部件之間，並且低折射率材料設置在遮光分隔物上方的空間內，此低折射率材料的折射率低於彩色濾光層的折射率，因此可避免光學串音干擾問題在固態成像裝置的兩個相鄰畫素之間發生，有助於克服背照式(BSI)成像裝置的光學串音干擾問題。另外，依據本揭示的一些實施例，還可以可改善固態成像裝置的彩色濾光層之光學效能。
雖然本發明已揭露較佳實施例如上，然其並非用以限定本發明，在此技術領域中具有通常知識者當可瞭解，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
100‧‧‧固態成像裝置
101‧‧‧基底
101A‧‧‧基底的正面
101B‧‧‧基底的背面
102‧‧‧入射光線
103A、103B、103C‧‧‧光電轉換元件
105‧‧‧高介電常數膜
107‧‧‧第一護層
109‧‧‧遮光膜
109P‧‧‧遮光分隔物
110‧‧‧孔洞
111‧‧‧第二護層
113‧‧‧彩色濾光層
113R、113G、113B‧‧‧彩色濾光部件
115‧‧‧緩衝層
117‧‧‧微透鏡結構
Claims (10)
- 一種固態成像裝置，包括：一基底，包含一第一光電轉換元件和一第二光電轉換元件形成於該基底中；一彩色濾光層，具有一第一彩色濾光部件設置於該第一光電轉換元件之上，以及一第二彩色濾光部件設置於該第二光電轉換元件之上；一遮光分隔物，設置於該第一彩色濾光部件與該第二彩色濾光部件之間，其中該遮光分隔物的高度低於該第一和該第二彩色濾光部件的高度；一緩衝層，設置於該第一彩色濾光部件與該第二彩色濾光部件之間，並且位於該遮光分隔物上方，其中該緩衝層的折射率低於該彩色濾光層的折射率；以及一微透鏡結構，設置於該彩色濾光層之上。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態成像裝置，更包括：一高介電常數膜設置於該基底之上；一第一護層設置於該高介電常數膜之上，其中該彩色濾光層和該遮光分隔物形成在該第一護層上；以及一第二護層覆蓋該遮光分隔物。
- 如申請專利範圍第2項所述之固態成像裝置，其中該第二護層順應性地形成在該遮光分隔物上，該緩衝層設置在該第二護層上並且填充該第一彩色濾光部件與該第二彩色濾光部件之間的一空間。
- 如申請專利範圍第2項所述之固態成像裝置，其中該第二護 層設置在該遮光分隔物上並且填充該第一彩色濾光部件與該第二彩色濾光部件之間的一空間。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態成像裝置，其中該緩衝層與該微透鏡結構結合成為一由相同材料製成的一體成型結構，該緩衝層和該微透鏡結構的該相同材料具有1.25-1.55的折射率。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態成像裝置，其中該緩衝層的材料與該微透鏡結構的材料不同，該緩衝層平坦地覆蓋該彩色濾光層和該遮光分隔物，且該微透鏡結構設置在該緩衝層上。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態成像裝置，其中該緩衝層的材料與該微透鏡結構的材料不同，該微透鏡結構的材料之折射率高於該緩衝層的材料之折射率，該微透鏡結構的材料具有1.56-1.9的折射率，並且該緩衝層的材料具有1.25-1.55的折射率。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態成像裝置，更包括：一第一突起物形成於該緩衝層上，對應於該第一彩色濾光部件；以及一第二突起物形成於該緩衝層上，對應於該第二彩色濾光部件，其中該第一突起物和該第二突起物與該緩衝層結合成為一由相同材料製成的一體成型結構，且該第一突起物和該第二突起物為該微透鏡結構的一下方部分，該第一和該第二突起物與該緩衝層的材料之折射率高於該微透鏡結構的一 上方部分之折射率，並且該第一和該第二突起物與該緩衝層的材料之折射率低於該彩色濾光層的折射率。
- 一種固態成像裝置，包括：一基底，包含一第一、一第二和一第三光電轉換元件形成於該基底中；一彩色濾光層，具有一第一、一第二和一第三彩色濾光部件分別設置於該第一、該第二和該第三光電轉換元件之上；一第一遮光分隔物設置於該第一與該第二彩色濾光部件之間，以及一第二遮光分隔物設置於該第二與該第三彩色濾光部件之間，其中該第一和該第二遮光分隔物的高度低於該彩色濾光層的高度；以及一微透鏡結構，設置於該彩色濾光層之上，其中該第二彩色濾光部件完全地覆蓋該第一和該第二遮光分隔物，並且該第二彩色濾光部件的折射率高於該微透鏡結構的折射率。
- 如申請專利範圍第9項所述之固態成像裝置，其中該第二彩色濾光部件的面積大於該第一彩色濾光部件的面積，該第二彩色濾光部件的面積大於該第三彩色濾光部件的面積，且該第二彩色濾光部件與該第一和該第三彩色濾光部件接觸。
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