TW201630172A - 具有支持結構以提供改良之濾光片厚度均勻性之彩色濾光片陣列 - Google Patents

具有支持結構以提供改良之濾光片厚度均勻性之彩色濾光片陣列 Download PDF

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Abstract

在一彩色影像感測器上使用之一彩色濾光片陣列包含一具有側壁之氧化物柵格，該等側壁經配置以界定該氧化物柵格中之開口。該等開口之各者將被安置在該彩色影像感測器之一對應像素單元上方。氧化物支撐結構係安置在該彩色影像感測器之一對應像素單元上方之該氧化物柵格中之各開口之一內部區域中。該氧化物柵格中之該等開口經填充有一對應彩色濾光片的彩色濾光片材料。各氧化物支撐結構與該彩色濾光片之周圍彩色濾光片材料之間之一表面張力適於為該氧化物柵格中之該等對應開口內的該等彩色濾光片提供均勻厚度。

Description

具有支持結構以提供改良之濾光片厚度均勻性之彩色濾光片陣列
本發明係關於影像感測器，且更特定言之，係關於在彩色影像感測器中使用之彩色濾光片陣列。
影像感測器已變得無處不在。其等廣泛用於數位靜態相機，蜂巢電話、保全攝影機、以及醫療、汽車及其他應用中。用於製造影像感測器(且尤其是互補金屬氧化物半導體(COMS)影像感測器(CIS))之技術已持續大幅進步。舉例而言，對更高解析度及更低功率消耗之需求已促進此等影像感測器之進一步微型化及整合。
習知CMOS影像感測器使用彩色濾光片陣列以幫助捕獲顏色資訊。一彩色濾光片陣列包含不同顏色之濾光片之一圖案以過濾到達一底層彩色影像感測器中之各像素單元之光。在習知彩色濾光片陣列中，該彩色濾光片之厚度在一晶圓內發生不同之變化，此導致在該影像感測器中之不同位置處之彩色深淺變化。由彩色濾光片陣列中之非均勻厚度引起之此等非所要顏色變化降低由該彩色影像感測器捕獲之影像之品質。
100‧‧‧成像系統
102‧‧‧影像感測器
104‧‧‧讀出電路
106‧‧‧功能邏輯
108‧‧‧控制電路
110‧‧‧彩色濾光片陣列
112‧‧‧紅色濾光片
114‧‧‧綠色濾光片
116‧‧‧藍色濾光片
210‧‧‧彩色濾光片陣列
212‧‧‧紅色濾光片材料
214‧‧‧綠色濾光片材料
216‧‧‧藍色濾光片材料
218‧‧‧側壁
310‧‧‧彩色濾光片陣列
312‧‧‧紅色濾光片材料
314‧‧‧綠色濾光片材料
316‧‧‧藍色濾光片材料
318‧‧‧側壁
320‧‧‧氧化物支撐結構
322‧‧‧表面張力
400‧‧‧成像系統
402‧‧‧彩色影像感測器
410‧‧‧彩色濾光片陣列
412‧‧‧紅色濾光片材料
414‧‧‧綠色濾光片材料
418‧‧‧側壁
420‧‧‧氧化物支撐結構
424‧‧‧透鏡
426‧‧‧抗反射塗層
428‧‧‧光電二極體
C1-Cx‧‧‧行
P1-Pn‧‧‧像素
R1-Ry‧‧‧列
參考以下諸圖描述本發明之非限制性及非窮盡實施例，其中相 似元件符號貫穿各種視圖指代相似部分，除非另有規定。
圖1為繪示根據本發明之教示之包含具有一彩色濾光片陣列(其具有支撐結構以提供改良濾光片厚度均勻性)之一影像感測器之一成像系統之一個實例之一圖式。
圖2A為繪示根據本發明之教示之不具有支撐結構之一彩色濾光片陣列之一實例平面圖。
圖2B為根據本發明之教示之不具有支撐結構之一彩色濾光片陣列之一實例橫截面圖。
圖3A為繪示根據本發明之教示之具有支撐結構以提供改良濾光片厚度均勻性之一彩色濾光片陣列之一實例平面圖。
圖ZB為根據本發明之教示之具有支撐結構以提供改良濾光片厚度均勻性之一彩色濾光片陣列之一實例橫截面圖。
圖4為繪示根據本發明之教示之包含具有一彩色濾光片陣列(其具有支撐結構以提供改良濾光片厚度均勻性)之一影像感測器之一成像系統之一個實例之一實例橫截面圖。
對應參考字元貫穿附圖之若干圖指示對應組件。一般技術者應瞭解，圖式中之元件出於簡單及清楚之目的而繪示，且未必係按比例繪製。舉例而言，圖式中一些元件之尺寸相對於其他元件可被誇大以幫助改良對本發明之各種實施例之理解。再者，為了促進對本發明之此等各種實施例之更少之理解障礙，通常不描繪在商業上可行之實施例中有用或必需的普通但熟知之元件。
揭示一種具有提供改良濾光片厚度均勻性之支撐結構之彩色濾光片陣列，及一種包含此一彩色濾光片陣列之成像系統。在以下描述中，闡述眾多特定細節以提供對該等實施例之一透徹理解。然而，一般技術者將認識到，能夠在不具有一或多個特定細節之情況下或用其 他方法、組件、材料等等實踐本文所描述之技術。在其他例項中，未展示或詳細地描述熟知結構、材料或操作以避免混淆某些態樣。
貫穿本說明書之對「一個實施例」或「一實施例」之參考意謂結合實施例所描述之一特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一個實施例中。因此，貫穿本說明書之各種地方之片語「在一個實施例中」或「在一實施例中」之出現未必皆係指同一實施例。此外，特定特徵、結構或特性可以任何合適方式組合於一或多個實施例中。
貫穿本說明書，使用若干所屬領域之術語。此等術語具有其等在出處之所屬領域的一般意義，除非本文特別界定或在其等經使用之上下文清楚地表示其他意義。舉例而言，術語「或」係用於包容性意義(例如，如在「及/或」)中，除非上下文清楚地指示其他意義。
如將展示，揭示具有提供改良濾光片厚度均勻性之支撐結構之一彩色濾光片陣列的實例。一彩色濾光片之實例包含一具有氧化物側壁的氧化物柵格，該等氧化物側壁界定該彩色濾光片陣列中之各彩色濾光片的邊界。在實例中，氧化物支撐結構包含於由該等氧化物側壁界定之各開口內之一內部中央部分中。由氧化物側壁界定之該氧化物柵格中之各開口經填充有彩色濾光片材料。根據本發明之教示，該彩色濾光片材料與該氧化物支撐結構之間的表面張力支撐該彩色濾光片材料的內部區域，以為彩色濾光片陣列中的各彩色濾光片提供經改良之均勻厚度。根據本發明之教示，該彩色濾光片陣列將被安置在一影像感測器上方，以提供一成像系統中之具有經改良之減少之彩色深淺變化之一彩色影像感測器。
為了繪示，圖1為繪示根據本發明之教示之包含具有一彩色濾光片陣列1l0(其具有支撐結構以提供改良濾光片厚度均勻性)之一影像感測器102之一成像系統100之一個實例之一圖式。特定言之，如所描繪之實例中所展示，根據本發明之教示，成像系統100包含具有讀出 電路104、功能邏輯106及控制電路108之影像感測器102。
在一個實例中，影像感測器102為包含像素單元(例如，像素單元P1、P2、P3、…、Pn)之二維(2D)陣列之一彩色影像感測器。在各種實例中，影像感測器102可係實施為一前側照明感測器或一背側照明感測器。在一個實例中，一彩色濾光片陣列110係安置在像素單元陣列上，方以將顏色資訊指派至底層像素單元之各者。在一個實例中，彩色濾光片陣列110可包含經配置成一圖案之紅色濾光片112、綠色濾光片114及藍色濾光片116。例如，如在所描繪之實例中所展示，紅色濾光片112、綠色濾光片114及藍色濾光片116係配置成一拜耳(Bayer)圖案。當然應瞭解，根據本發明之教示，在彩色濾光片陣列110中，亦可利用顏色(諸如(舉例而言)，透明、青色、品紅色等等)之其他組合以及其他圖案。然而，如將在下文中更詳細論述，根據本發明之教示，彩色濾光片陣列110之實例彩色濾光片包含提供改良濾光片厚度均勻性及因此彩色濾光片陣列110中之減少之彩色深淺變化的支撐結構。
如在所描繪之實例中所繪示，根據本發明之教示，將影像感測器102中之各像素單元配置成一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)以獲取一人員、位置、物件等等之一影像的影像資料，該影像資料可隨後用於呈現該人員、位置、物件等等之一2D影像。例如，在一個實例中，入射光透過彩色濾光片陣列110自一物件被引導至影像感測器102中的各像素單元。回應於該入射光，在各像素單元中產生影像電荷。在該像素單元中產生該影像電荷之後，回應於該影像電荷而產生影像資料，該影像資料係由讀出電路104透過讀出線讀出，且隨後被傳送至功能邏輯106。
在各種實例中，讀出電路104可包含諸如(舉例而言)放大電路、類比轉數位(ADC)轉換電路或類似物之電路。功能邏輯106可包含數 位電路，並且可僅儲存影像資料或甚至使用影像信號處理技術操縱影像資料以應用後影像效果(例如，裁剪、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或以其他方式)。在一個實例中，讀出電路104可沿讀出線一次讀出一列影像資料(已繪示)或可使用各種其他技術讀出影像資料(未繪示)，諸如(舉例而言)，串列讀出或同時完全並列讀出全部像素。
在一個實例中，控制電路108耦合至影像感測器102中之像素單元以控制影像感測器102之操作特性。舉例而言，控制電路108可產生耦合至包含於影像感測器102中之像素單元之一快門信號及其他控制信號以控制影像獲取。在一個實例中，該快門信號為一全域快門信號，其用於同時使包含於影像感測器102中之全部像素單元能夠在一單一獲取窗口期間同時捕獲其等之各別影像資料。在另一實例中，該快門信號為一滾動快門信號，使得像素之各列、行或群組在連續獲取窗口期間被循序地啟用。
圖2A為繪示根據本發明之教示之不具有支撐結構之一彩色濾光片陣列210之一部分之一實例平面圖。如所展示，彩色濾光片陣列210包含界定側壁218之間的開口之複數個側壁218。在實例中，由圖2A之左上角中之複數個側壁218所界定之開口填充有綠色濾光片材料214。由圖2A之右上角中之複數個側壁218所界定之開口填充有藍色濾光片材料216。由圖2A之右下角中之複數個側壁218所界定之開口填充有綠色濾光片材料214。由圖2A之左下角中之複數個側壁218所界定之開口填充有紅色濾光片材料212。
圖2B為沿虛線A-A'之如圖2A中所繪示之不具有支撐結構之彩色濾光片陣列210之一實例橫截面圖。如在圖2B之實例橫截面圖中所展示，紅色濾光片材料212之厚度及綠色濾光片材料214之厚度在複數個側壁218之間所界定之開口內係非均勻的。此外，如在實例中所展 示，紅色濾光片材料212之頂表面及綠色濾光片材料214之頂表面為彎曲或非平面，此係歸因於沿複數個側壁218之表面張力。實際上，亦應注意，彩色濾光片陣列210中之彩色濾光片之厚度之變化貫穿整個晶圓發生不同之變化。因此，貫穿彩色濾光片陣列210之顏色厚度變化導致在貫穿彩色濾光片陣列210之不同位置處之不同彩色深淺變化，此引起用包含彩色濾光片陣列210之影像感測器捕獲之一影像之降低之總體影像品質。
圖3A為繪示根據本發明之教示之具有支撐結構320以提供改良濾光片厚度均勻性之一彩色濾光片陣列310之一實例平面圖。如在所描繪之實例中所展示，彩色濾光片陣列310包含一具有複數個氧化物側壁318之氧化物柵格，複數個氧化物側壁318經配置以界定該氧化物柵格中之複數個開口。由複數個側壁318界定之複數個開口之各者適於被安置在一彩色影像感測器之一對應像素單元(諸如(舉例而言)，圖1之影像感測器102)上方。因此，應注意，圖1之彩色濾光片陣列110之一部分之一個實例中之圖3的彩色濾光片陣列310，以及下文引用之類似命名及編號的元件類似於如上文所描述而配置及起作用。
如圖3A中所描繪之實例中所展示，彩色濾光片陣列310亦包含複數個氧化物支撐結構320。如所展示，複數個氧化物支撐結構320之各者係安置在由該氧化物柵格之複數個側壁318所界定之對應開口的內部中央區域中。在一個實例中，複數個氧化物支撐結構320之各者的高度與複數個氧化物側壁318之各者的高度相同或實質上相等。
該等開口之各者亦經填充有對應彩色濾光片材料以形成對應彩色濾光片。例如，圖3A中所描繪之實例展示：圖3A之左上角中由複數個側壁318所界定的開口經填充有綠色濾光片材料314。圖3A之右上角中由複數個側壁318所界定的開口經填充有藍色濾光片材料316。圖3A之右下角中由複數個側壁318所界定的開口經填充有綠色濾光片 材料314。圖3A之左下角中由複數個側壁318所界定的開口經填充有紅色濾光片材料312。
如在所描繪之實例中所展示，複數個氧化物支撐結構320之各者係與該氧化物柵格之複數個側壁318分離，使得各支撐結構係由彩色濾光片材料圍繞。因此，根據本發明之教示，氧化物支撐結構320在各開口之內部形成氧化物極或支柱，以向該彩色濾光片中間之彩色濾光片材料提供支撐，從而提供該彩色濾光片之一更均勻厚度。在其他實例中，應瞭解，各氧化物結構320可包含各開口之內部部分內之氧化物支撐結構之一小圖案。
為了繪示，圖3B為根據本發明之教示之沿虛線B-B'之如圖3A中所繪示之具有支撐結構320之彩色濾光片陣列310之一實例橫截面圖。如在圖3B之實例橫截面圖中所展示，於複數個氧化物支撐結構320之各者與周圍彩色濾光片材料312/314之間存在表面張力322。在該實例中，根據本發明之教示，以該複數個氧化物支撐結構320之各者與周圍彩色濾光片材料312/314之間之表面張力322提供的支撐適於幫助提供該複數個彩色濾光片之各者的均勻厚度。此外，應理解，由該複數個氧化物支撐結構320之各者與周圍彩色濾光片材料312/314之間之表面張力322所提供的支撐亦減少各個各別彩色濾光片之彎曲形狀的深度(如所展示)，根據本發明之教示，這因此產生各彩色濾光片之一更平坦的頂表面。
因此，應瞭解，根據本發明之教示，具有支撐結構320之彩色濾光片陣列310提供改良濾光片厚度均勻性。因此，根據本發明之教示，貫穿彩色濾光片陣列310之減少的顏色厚度變化引起貫穿彩色濾光片陣列310之減少的彩色深淺變化，此引起用包含彩色濾光片陣列310之一影像感測器捕獲之一影像之經改良的總體影像品質。
圖4為繪示根據本發明之教示之包含具有一彩色濾光片陣列(其具 有支撐結構以提供改良濾光片厚度均勻性)之一影像感測器之成像系統400之一部分之一實例橫截面圖。特定言之，圖4中所描繪之實例展示包含具有配置在一像素陣列中之複數個像素單元之一彩色影像感測器402之一成像系統400之一部分。如在實例中所展示，彩色影像感測器402之各像素單元包含一光電二極體(PD)428。一彩色濾光片陣列410安置於彩色影像感測器402上方，使得被引導至彩色影像感測器402之像素單元中之光電二極體428之光被引導通過彩色濾光片陣列410(如所展示)。應注意，圖4之彩色影像感測器402為圖1之彩色影像感測器102之另一實例，及/或圖4之彩色濾光片陣列410為圖1之彩色濾光片陣列110或圖3A至圖3B之彩色濾光片陣列310之另一實例。因此，應瞭解，下文引用之類似命名及編號之元件類似於如上文所描述之而配置及起作用。
繼續圖4中所描繪之實例，成像系統400亦包含一個包含複數個透鏡424之透鏡陣列，其中各透鏡424安置在彩色濾光片陣列410之一對應彩色濾光片及彩色影像感測器402之底層像素單元上方(如所展示)。在一個實例中，一抗反射塗層(ARC)426在彩色濾光片陣列410與彩色影像感測器402之間(如所展示)。
圖4亦展示彩色濾光片陣列410包含一具有複數個氧化物側壁418之氧化物柵格，複數個氧化物側壁418經配置以界定該氧化物柵格中之複數個開口。在一個實例中，複數個氧化物側壁418之各者與彩色影像感測器402中之底層像素單元之間的邊界實質上對準，如所展示。因此，由複數個側壁418界定之該複數個開口之各者適於安置在彩色影像感測器402之一對應像素單元上方。如在所描繪之實例中所展示，彩色濾光片陣列410亦包含複數個氧化物支撐結構420。如所展示，複數個氧化物支撐結構420之各者安置在由該氧化物柵格之複數個側壁418界定之對應開口之一內部區域中。
由該氧化物柵格之複數個側壁418界定之開口之各者亦填充有對應彩色濾光片材料以形成對應彩色濾光片。例如，圖4中所描繪之實例展示由複數個側壁418界定之開口填充有紅色濾光片材料412或綠色濾光片材料414以形成彩色濾光片陣列410之一圖案之部分。當然應瞭解，根據本發明之教示，其他顏色及顏色組合可用於彩色濾光片陣列410中之彩色濾光片材料。
如在所描繪之實例中所展示，複數個氧化物支撐結構420之各者與該氧化物柵格之複數個側壁418分離，使得各支撐結構由彩色濾光片材料412/414圍繞。因此，根據本發明之教示，氧化物支撐結構420在各開口之內部形成氧化極或支柱以向該彩色濾光片中間之彩色濾光片材料提供支撐，從而提供該彩色濾光片之一更均勻厚度，如上文中所展示及詳細論述。
因此，應瞭解，根據本發明之教示，具有支撐結構420之彩色濾光片陣列410提供改良濾光片厚度均勻性。因此，根據本發明之教示，貫穿彩色濾光片陣列410之減少之顏色厚度變化引起貫穿彩色濾光片陣列410之減少之彩色深淺變化，此引起用彩色影像感測器402捕獲之一影像之改良總體影像品質。
不希望本發明之所繪示之實施例之以上描述(包含摘要中所描述之內容)為窮盡性或將本發明限於所揭示之具體形式。儘管本文描述本發明之特定實施例及本發明之實例係出於闡釋性目的，但如一般技術者將認識到，本發明範圍內之各種修改係可能的。
依據以上詳細描述可對本發明作出此等修改。隨附申請專利範圍中使用之術語不應解釋為將本發明限於本說明書中所揭示之特定實施例。而是，本發明之範圍全部由隨附申請專利範圍判定，應根據請求項解釋之既定原則來解釋隨附申請專利範圍。
310‧‧‧彩色濾光片陣列
312‧‧‧紅色濾光片材料
314‧‧‧綠色濾光片材料
318‧‧‧側壁
320‧‧‧氧化物支撐結構
322‧‧‧表面張力

Claims (18)

  1. 一種在一彩色影像感測器上使用之彩色濾光片陣列，其包括：一具有複數個氧化物側壁之氧化物柵格，該等氧化物側壁經配置以界定該氧化物柵格中之複數個開口，其中該複數個開口之各者適於被安置在該彩色影像感測器之一對應像素單元上方；複數個氧化物支撐結構，其中該複數個氧化物支撐結構之各者適於被安置在該彩色影像感測器之該對應像素單元上方之該氧化物柵格中之該複數個開口之一對應者之一內部區域中；及複數個彩色濾光片，其中該複數個彩色濾光片之各者係由彩色濾光片材料組成，其中該氧化物柵格中之該複數個開口中之該各者經填充有該複數個彩色濾光片中之一對應者之該彩色濾光片材料，其中該複數個氧化物支撐結構之各者與周圍彩色濾光片材料之間之一表面張力適於為該氧化物柵格中之該複數個開口中之該對應者內之該複數個彩色濾光片之各者提供均勻厚度。
  2. 如請求項1之彩色濾光片陣列，其中光被引導通過該複數個彩色濾光片之各者之該彩色濾光片材料至該彩色影像感測器之該對應像素單元。
  3. 如請求項2之彩色濾光片陣列，其中該彩色影像感測器之各像素單元包含一光電二極體，其中該光被引導通過該彩色濾光片材料至該彩色影像感測器之該對應像素單元之該光電二極體。
  4. 如請求項1之彩色濾光片陣列，其中該複數個彩色濾光片之各者之該彩色濾光片材料為紅色、綠色或藍色中之一者。
  5. 如請求項4之彩色濾光片陣列，其中該複數個彩色濾光片在該彩 色濾光片陣列中係配置成一拜耳圖案。
  6. 如請求項1之彩色濾光片陣列，其中該複數個氧化物支撐結構之各者係與該氧化物柵格之該複數個側壁分離。
  7. 如請求項1之彩色濾光片陣列，其中一抗反射塗層將被安置在該氧化物柵格與該彩色影像感測器之間。
  8. 如請求項1之彩色濾光片陣列，其中該複數個氧化物支撐結構之各者之一高度等於該複數個氧化物側壁之各者之一高度。
  9. 一種成像系統，其包括：一彩色影像感測器，其包括包含複數個像素單元之一像素陣列；控制電路，其經耦合至該像素陣列以控制該像素陣列之操作；讀出電路，其經耦合至該像素陣列以自該複數個像素讀出影像資料；及一彩色濾光片陣列，其係安置在該彩色影像感測器上方，其中該彩色濾光片陣列包含：一具有複數個氧化物側壁之氧化物柵格，該等氧化物側壁經配置以界定該氧化物柵格中之複數個開口，其中該複數個開口之各者係安置在該彩色影像感測器之該複數個像素單元中之一對應者上方；複數個氧化物支撐結構，其中該複數個氧化物支撐結構之各者係安置在該彩色影像感測器之該複數個像素單元之該對應者上方之該氧化物柵格中之該複數個開口中之一對應者之一內部區域中；及複數個彩色濾光片，其中該複數個彩色濾光片之各者係由彩色濾光片材料組成，其中該氧化物柵格中之該複數個開口之該 各者經填充有該複數個彩色濾光片中之一對應者之該彩色濾光片材料，其中該複數個氧化物支撐結構之各者與周圍彩色濾光片材料之間之一表面張力適於為該氧化物柵格中之該複數個開口中之該對應者內之該複數個彩色濾光片之各者提供均勻厚度。
  10. 如請求項9之成像系統，進一步包括功能邏輯，該功能邏輯經耦合至該讀出電路以儲存來自該複數個像素單元之各者之該影像資料。
  11. 如請求項9之成像系統，其中光被引導通過該複數個彩色濾光片之各者之該彩色濾光片材料至該彩色影像感測器之該複數個像素單元之該對應者。
  12. 如請求項11之成像系統，其中該彩色影像感測器之該複數個像素單元之各者包含一光電二極體，其中該光被引導通過該彩色濾光片材料至該彩色影像感測器之該對應像素單元之該光電二極體。
  13. 如請求項9之成像系統，其中該複數個彩色濾光片之各者之該彩色濾光片材料為紅色、綠色或藍色中之一者。
  14. 如請求項9之成像系統，其中該複數個彩色濾光片在該彩色濾光片陣列中係配置成一拜耳圖案。
  15. 如請求項9之成像系統，其中該複數個氧化物支撐結構之各者係與該氧化物柵格之該複數個側壁分離。
  16. 如請求項9之成像系統，進一步包括經安置在該氧化物柵格與該彩色影像感測器之間之一抗反射塗層。
  17. 如請求項9之成像系統，其中該複數個氧化物支撐結構之各者之一高度等於該複數個氧化物側壁之各者之一高度。
  18. 如請求項9之成像系統，進一步包括經安置在該彩色濾光片陣列 上方之一透鏡陣列，其中光被引導通過該透鏡陣列且通過該複數個彩色濾光片之各者之該彩色濾光片材料至該彩色影像感測器之該複數個像素單元之該對應者。
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