TW202111942A - 影像感測器之完全埋置彩色濾光器陣列 - Google Patents

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Abstract

一種影像感測器包括一基板。一光電二極體陣列安置在該基板中。複數個間隔件配置成一間隔件圖案。該複數個間隔件中之至少一個間隔件具有18:1或更大之一縱橫比。一緩衝層安置在該基板與該間隔件圖案之間。一彩色濾光器陣列安置在該間隔件圖案中。

Description

影像感測器之完全埋置彩色濾光器陣列
本發明大體上係關於彩色濾光器，並且更具體而言，係關於影像感測器之彩色濾光器陣列。
彩色影像感測器包括彩色濾光器陣列。彩色濾光器陣列中之每一彩色濾光器可以僅允許一種顏色的光穿過而到達感測器。彩色濾光器陣列可以包括位於兩個鄰近彩色濾光器之間的側壁，其將每一彩色濾光器與彩色濾光器陣列之相鄰彩色濾光器隔離。然而，此等側壁可能佔據大量空間並且損害彩色濾光器陣列佔有密度。
本文揭示了涉及彩色濾光器陣列之實例以及使用犧牲替換層製造該等彩色濾光器陣列之方法。在以下描述中，闡述了眾多具體細節以提供對實例之透徹理解。然而，熟習相關技術者將認識到，可以在沒有一或多個具體細節之情況下，或者利用其他方法、組件、材料等來實踐本文描述之技術。在其他情形中，沒有詳細地示出或描述眾所周知之結構、材料或操作，以避免模糊某些態樣。
在本說明書中，對「一個實例」或「一個實施例」之引用意味著結合該實例描述之特定特徵、結構或特性包括在本發明之至少一個實例中。因此，出現在本說明書中之各個地方中的短語「在一個實例中」或「在一個實施例中」不一定都指相同的實例。此外，特定特徵、結構或特性可以以任何合適之方式組合在一或多個實例中。
在本說明書中，使用了若干技術術語。除非在本文中具體定義或其使用之上下文另外清楚地表明，否則此等術語在它們所來自之領域中具有它們之普通含義。應當注意，在本文獻中，元件名稱及符號可以互換地使用(例如，Si與矽)；然而，兩者具有相同的含義。
具有良好的光電二極體隔離之彩色濾光器陣列使得安置在彩色濾光器陣列下方之光電二極體更加精確。隔離彩色濾光器陣列中之單個彩色濾光器之側壁允許彩色濾光器陣列具有良好的光電二極體隔離。然而，藉由標準光微影方法形成之側壁可能佔據大量的空間並且損害彩色濾光器陣列之佔有密度。
圖 1A 至圖 1I 展示了根據本發明之教示在形成彩色濾光器陣列不同步驟處的完全埋置彩色濾光器陣列之截面視圖之實例。圖 1A 展示了具有基板110之影像感測器裝置，其包括複數個光電二極體115及緩衝層120，該緩衝層120安置在基板110上。基板110可以是半導體材料，諸如矽基板或摻雜有雜質之矽基板，例如，p型摻雜矽基板或n型摻雜矽基板。光電二極體115可以形成在基板110中。在一個實施例中，光電二極體115可以是藉由植入及/或擴散n型雜質(例如，砷或磷)而形成之n型摻雜光電二極體，而基板110可以是p型摻雜矽基板。在另一實施例中，光電二極體115可以是藉由植入及/或擴散p型雜質(例如，硼)而形成之p型摻雜光電二極體，而基板110可以是n型摻雜矽基板。緩衝層120可以是諸如二氧化矽之氧化物或對可見光譜中之光透明的另一材料。光電二極體115中之每一者可以回應於所接收之入射光而產生光感應電荷。
圖 1B 展示了圖 1A 之裝置，其中犧牲材料層130形成在緩衝層120上。犧牲材料層130可以藉由沈積化學氣相沈積來形成。在一個實施例中，可以藉由化學機械拋光(CMP)製程使犧牲材料層130變平坦。犧牲材料可以是可用濕式蝕刻製程移除之材料，包括但不限於碳基材料、氧化物材料、氮化物材料、矽基材料。犧牲材料可以是可藉由乾式蝕刻製程圖案化之材料。如圖 1B 所展示，犧牲材料層130可以形成為厚度均勻之平坦層。犧牲材料層130應由當藉由濕式蝕刻製程移除時不會使得緩衝層120也基本上被移除之材料製成。例如，若緩衝層120是二氧化矽，則犧牲材料層130也不應是二氧化矽。重申一下，緩衝層120及犧牲材料層130可以由不同材料製成，其中犧牲材料對緩衝層120具有蝕刻選擇性。換言之，用於形成犧牲材料層130之材料可以選自具有與用於形成緩衝層120之材料不同的蝕刻速率的材料。在一個實施例中，犧牲材料層可以由氮化物材料製成，並且緩衝層120可以由二氧化矽製成。
圖 1C 展示了圖 1B 之裝置，其中犧牲材料層130之部分經移除以形成犧牲材料圖案135。如下文將更詳細描述，犧牲材料圖案135可以為「棋盤形」圖案。根據「棋盤形」圖案，犧牲材料圖案135可以藉由圖案化及乾蝕刻犧牲材料層130來形成。在實施例中，犧牲材料圖案135可以形成犧牲材料區塊136。犧牲材料區塊136中之每一者可以具有矩形稜柱形狀，使得犧牲材料區塊具有長度約相等之四個側。如圖 1C 所展示，犧牲材料區塊136在一個方向上間隔開約犧牲材料區塊136之側中之一者的長度。在其他實施例中，犧牲材料區塊136可以具有長度不相等之4個側。犧牲材料區塊之形狀及大小可以取決於成像感測器裝置之間隔件及彩色濾光器之所要大小及形狀。每一犧牲材料區塊136可以覆蓋一個光電二極體115並且以各別光電二極體115為中心。可替代地，每一犧牲材料區塊可以覆蓋多個光電二極體115。可以基於間隔件之所要厚度或高度來組態犧牲材料區塊136之厚度或高度。
圖 1D 展示了圖 1C 之裝置，其中間隔件圖案140形成在犧牲材料區塊136之側上。間隔件圖案140可以由例如藉由原子層沈積(ALD)或化學氣相沈積(CVD)形成在犧牲材料區塊136之單個側上的單個間隔件145形成。在一個實施例中，間隔件145可以形成為連續的間隔件柵格。在一個實施例中，每一單個間隔件145之寬度可以是在0.01-0.1 μm之間的範圍。間隔件145之寬度可以由犧牲材料區塊136之間的間隔界定，並且可以薄於微影圖案化及蝕刻製程之最小臨界尺寸(CD)。在一個實施例中，單個間隔件145之厚度可以小於或等於0.05 μm 。單個間隔件145可以在犧牲材料區塊136之角落之間的點處彼此接觸。間隔件圖案140可以在間隔件145連接之角落處厚於0.05 μm。重申一下，間隔件145之縱橫比(高寬比)可以高達18:1或甚至更大。
間隔件圖案140是由針對犧牲材料及緩衝層120具有蝕刻選擇性之間隔件材料製成的。間隔件材料亦可以具有低至1.3或甚至更低的折射率。用於形成間隔件145之材料可以基於影像感測器裝置之應用或影像感測器裝置所需之光學效能來選擇。在一個實施例中，間隔件145中之每一者可以是單一或多層堆疊結構。在一個實施例中，用於形成間隔件145之材料可以是氧化物材料、氮化物材料或具有低折射率之材料(例如，具有低於1.3之折射率的材料)。在另一實施例中，用於形成間隔件145之材料可以是具有高反射率之材料，諸如金屬。在一個實施例中，間隔件可以由金屬及介電材料之組合形成，例如由被介電材料(例如，氧化矽)層包圍之金屬材料(例如，鎢或鋁)形成。
在實施例中，形成間隔件145之製程(下文討論)使得間隔件145背向犧牲材料圖案之第一側在間隔件145之頂部附近具有傾斜部分，該傾斜部分不完全豎直並且朝向犧牲材料區塊傾斜。因此，第一側具有第一傾斜。間隔件145面向犧牲材料區塊之第二側將更豎直或可以稍微地背離間隔件145之豎直部分傾斜。因此，第二側具有不同於第一傾斜之第二傾斜。重申一下，間隔件145面向犧牲材料區塊之第二側可以符合犧牲材料區塊之形狀並且具有與間隔件145背向犧牲材料區塊之第一側不同的傾斜。
圖 1E 展示了圖 1D 之裝置，其中犧牲材料圖案135被移除。當移除犧牲材料時，保留自支撐的間隔件圖案140。如下文將進一步解釋，自支撐的間隔件圖案140界定四個間隔件145之間的第一開口148及第二開口149。第一開口148中之每一者由間隔件145之四個第一側界定。第二開口149中之每一者由間隔件145之四個第二側界定。重申一下，第一開口148僅鄰近間隔件145之第一側，並且第二開口149僅鄰近間隔件145之第二側。基於間隔件145之頂部之幾何形狀，第一開口148將允許比第二開口149稍微多的光進入。
圖 1F 展示了圖 1E 之裝置，其中彩色濾光器陣列150藉由將彩色濾光器材料沈積在第一開口148及第二開口149中而形成。在一個實施例中，彩色濾光器陣列150可以是具有聚集在一起之四個彩色濾光器(兩個綠色濾光器、一個紅色濾光器及一個藍色濾光器)之圖案的拜耳(Bayer)濾光器馬賽克(mosaic)，其在整個彩色濾光器陣列中重複。在一個實施例中，彩色濾光器材料可以包括紅色濾光器材料、藍色濾光器材料及綠色濾光器材料。在一個實例中，使用拜耳圖案濾光器馬賽克，並且用紅色及藍色濾光器填充第一開口148以稍微地改良紅色及藍色光電二極體(與綠色光電二極體相比)之靈敏度。在另一實例中，使用拜耳圖案濾光器馬賽克，並且用綠色濾光器填充第一開口148。在另一個實施例中，彩色濾光器陣列150可以包括不同圖案之彩色濾光器(諸如CMYK)，並且彩色濾光器材料可以包含青色濾光器材料、品紅色濾光器材料及黃色濾光器材料。彩色濾光器陣列150之彩色濾光器之特定配置可以取決於影像感測器裝置之應用。熟習此項技術者應該理解，用於形成彩色濾光器之材料可以具有比形成在緩衝層120中及其間的對應間隔件145高的折射率。可替代地，經選擇以用於間隔件145之材料可以具有比彩色濾光器材料低的折射率。
圖 1G 展示了圖 1F 之裝置，其中微透鏡陣列160形成在彩色濾光器陣列150上。微透鏡160經組態以將入射光聚焦至各別光電二極體115。在一個實施例中，微透鏡160可以由微透鏡材料(諸如聚合物)製成。微透鏡160可以是半球形的，或以其他方式經成形以基於自空氣至微透鏡材料之折射率的差異而作為透鏡進行操作。可以基於各別光電二極體115之所需光學效能(例如，焦距)來組態每一微透鏡之曲率。
圖 1G 展示了具有完全埋置彩色濾光器陣列之影像感測器裝置。基板110具有光電二極體陣列115，其安置在該基板110中。緩衝層120形成在基板110上。間隔件145形成間隔件圖案140。間隔件圖案140形成在緩衝層120上，使得緩衝層120位於間隔件145與基板110之間。彩色濾光器陣列150安置在間隔件圖案140之第一開口148及第二開口149之內，使得彩色濾光器陣列150安置在間隔件圖案140中。
可以基於彩色濾光器及微透鏡陣列之所要光學效能來組態間隔件145之高度。在圖 1G 之實施例中，彩色濾光器陣列150中之彩色濾光器可以具有小於間隔件145之高度的高度。在另一實施例中，彩色濾光器陣列150中之彩色濾光器可以具有與間隔件145之高度相同的高度，如圖 1H 所展示的。在另一實施例中，彩色濾光器陣列150中之彩色濾光器可以具有大於間隔件145之高度的高度，如圖 1I 所展示的。
隨著像素繼續縮小，用於確保彩色濾光器隔離之區域變得更加重要。根據本發明之教示之實例在彩色濾光器隔離及密度兩者中提供顯著的優點。間隔件145為彩色濾光器陣列150提供改良的彩色濾光器隔離。在一個實例中，間隔件145由折射率低於彩色濾光器陣列150之彩色濾光器中之每一者的折射率之材料形成。間隔件145及彩色濾光器陣列150之此材料屬性使得光子反射離開間隔件145而不是穿過間隔件145。因此，彩色濾光器更好地與穿過相鄰彩色濾光器之光隔離，並且即使使用薄間隔件145亦能改良彩色濾光器隔離。
影像感測器裝置之優點在於可以在彩色濾光器之間具有高且薄的間隔件145，其防止來自裝置頂側以外之方向的光被引導至光電二極體115中。因此，間隔件145防止對光電二極體輸出之破壞。當自上方觀察時，薄間隔件145還提供不過多地佔據完全埋置彩色濾光器陣列之區域的優點。光電二極體115需要最小量的光來正確地感測入射光源。因此，光電二極體115需要一定量的區域以使用微透鏡160收集光，以便正確地操作。所需區域的量取決於光照條件以及其他因素。當自上方觀察時，間隔件145的小區域允許更多光子穿過微透鏡160到達光電二極體115，而不是與間隔件145碰撞，並且因此允許彩色濾光器陣列150及光電二極體115佔據陣列的最大有效區域且具有更好的量子效率。間隔件145之高度及隔離效應還藉由影像感測器提供更好的角度回應。
圖 2A 至圖 2H 展示了根據本發明之教示在完全埋置彩色濾光器陣列製造期間不同時間處的該完全埋置彩色濾光器陣列之截面視圖之另一實例。圖 2A 展示了與圖 1A 之影像感測器裝置類似的影像感測器裝置。圖 2A 展示了安置在緩衝層220上之支撐材料圖案205。緩衝層220安置在包括複數個光電二極體215之基板210上。
支撐材料圖案205可以是金屬或類金屬，諸如鎢或鋁。支撐材料圖案205應是對緩衝層220及犧牲材料層230(下文討論)具有蝕刻選擇性之材料。在一個實施例中，支撐材料205可以進一步藉由反射或折射將入射光引導至各個光電二極體205，使得可以抑制相鄰光電二極體之間的光學串擾。
圖 2B 展示了圖 2A 之影像感測器裝置，其中黏著劑層208位於支撐材料圖案205上。黏著劑層208可以是氮化鈦(TiN)。黏著劑層208可以覆蓋支撐材料圖案205之頂部表面。黏著劑層應對緩衝層220及犧牲材料層230(下文討論)具有蝕刻選擇性。
圖 2C 展示了圖 2B 之影像感測器裝置，其中犧牲材料層230形成在支撐材料圖案205、黏著劑層208及緩衝層220上。犧牲材料層230可以由與關於犧牲材料層130所討論的相同的材料製成並且由與所討論的相同的製程形成。
圖 2D 展示了圖 2C 之影像感測器裝置，其中犧牲材料圖案235自犧牲材料層235蝕刻而成。犧牲材料圖案235可以包括犧牲材料區塊236。犧牲材料區塊236可以居中位於由支撐材料圖案205形成之柵格之開口中。因此，每一犧牲材料區塊236與由支撐材料圖案205形成之柵格的四個部分接觸，該四個部分界定支撐材料圖案205中之開口。每一犧牲材料區塊236可以覆蓋支撐材料圖案205之四個部分中之大約一半以及支撐材料圖案205之四個部分頂部上之黏著劑層。
圖 2E 展示了圖 2D 之影像感測器裝置，其中間隔件圖案240形成在犧牲材料圖案235之側壁上。間隔件圖案240可以安置在黏著劑層208之頂部上，並且支撐材料圖案205位於黏著劑層之中間。間隔件245形成間隔件圖案240，該間隔件圖案240可以由與上文關於間隔件圖案140所揭示的相同的材料製成，具有與其相同的屬性，並且以與其相同之方式形成，不同之處在於：間隔件圖案240形成在黏著劑層208上。在一個實施例中，間隔件圖案240可以是連續圖案之形式，因此間隔件245可以形成為連續之間隔件柵格。
間隔件圖案240之高度可能會受到用於形成間隔件圖案240之材料之強度及/或用於形成間隔件245之製程之限制。藉由將間隔件圖案240形成在位於支撐材料圖案205上之黏著劑層208上而不是直接形成在緩衝層220上，第一開口248及第二開口249之高度可以自緩衝層220延伸得比間隔件圖案140中之第一開口148及第二開口149自緩衝層120延伸得更遠，其中該等第一開口248及該等第二開口249由支撐材料圖案205、黏著劑層208及間隔件圖案240之組合形成。
圖 2F 展示了圖 2E 之影像感測器裝置，其中犧牲材料圖案235被移除。犧牲材料圖案235可以藉由與下文關於犧牲材料圖案135所描述的相同的製程來移除。
圖 2G 展示了圖 2F 之影像感測器裝置，其中彩色濾光器陣列250安置在第一開口248及第二開口249中。每一彩色濾光器250形成在兩個鄰近間隔件245之間。彩色濾光器陣列250可以由與彩色濾光器陣列150相同的材料形成，具有與其相同的屬性，並且以與其相同之方式形成，不同之處在於：彩色濾光器陣列250可以具有小於、等於或大於間隔件245之高度的高度。因此，彩色濾光器陣列250將具有大於或小於或等於間隔件245、黏著劑層208及支撐材料圖案205之組合高度的高度。重申一下，黏著劑層208上之間隔件圖案240以及支撐材料圖案205可以比彩色濾光器陣列250自緩衝層220延伸得更遠。
圖 2H 展示了圖 2G 之裝置，其中微透鏡260形成在彩色濾光器陣列250上。微透鏡260可以由與微透鏡160相同的材料形成，具有與其相同的屬性，並且以與其相同之方式形成。每一微透鏡260之焦距可以取決於彩色濾光器250之高度。正因如此，可以基於影像感測器裝置之所要光學效能來組態彩色濾光器陣列250之高度。
圖 2H 展示了具有完全埋置彩色濾光器陣列之影像感測器裝置。基板210具有光電二極體陣列215，其安置在該基板210中。緩衝層220形成在基板210上。支撐材料圖案205形成在緩衝層220上，使得緩衝層220位於支撐材料圖案205與基板210之間。黏著劑層形成在支撐材料圖案205上，使得支撐材料圖案及緩衝層220位於黏著劑層208與基板210之間。間隔件245形成間隔件圖案240。間隔件圖案240形成在緩衝層上，使得緩衝層220、支撐材料圖案205及黏著劑層208位於間隔件245與基板210之間。彩色濾光器陣列250安置在間隔件圖案240之第一開口248及第二開口249之內，使得彩色濾光器陣列150安置在間隔件圖案240及支撐材料圖案205中。
圖 2H 中示出之實施例提供比圖 1G 中示出之實施例甚至更大的彩色濾光器隔離，同時提供類似的彩色濾光器陣列佔有密度。一些照片影像感測器可能需要非常高的彩色濾光器隔離及大的彩色濾光器佔有密度。然而，給定厚度的間隔件145之高度可能會受到間隔件材料之強度之限制，使得彩色濾光器隔離所需之間隔件高度需要對於所需之彩色濾光器陣列佔有密度來說太大的間隔件厚度。這一問題可以藉由將間隔件245置放在支撐材料圖案205及黏著劑層208上來解決。這在不增加間隔件在彩色濾光器陣列250之頂部處所占之區域的情況下，增加了間隔件245自緩衝層220延伸之距離。微透鏡260將朝向彩色濾光器中間之光聚焦至安置在彩色濾光器之基部中間下方之光電二極體215。因此，支撐材料圖案205在彩色濾光器底部處所占之額外區域對光電二極體215沒有太大影響，並且彩色濾光器陣列250可以維持與圖 1G 中展示之彩色濾光器陣列150相同的密度。
圖 3A 至圖 3C 展示了在完全埋置彩色濾光器陣列製造期間之不同時間處的該完全埋置彩色濾光器陣列之實例性自頂向下視圖。圖 3A 展示了犧牲材料圖案335及額外犧牲材料圖案338之實例性視圖。圖 1C 可以是圖 3A 的沿線Ia-Ia'之裝置之實例。額外犧牲材料圖案338可以由與犧牲材料圖案335相同的材料製成，具有與其相同的屬性，並且以與其類似之方式形成。犧牲材料區塊336構成犧牲材料圖案335，可以形成「棋盤形」圖案。形成犧牲材料圖案335之犧牲材料區塊336之間的間隔可以具有與犧牲材料區塊336大約相同的大小及尺寸。額外犧牲材料圖案338可以經形成以輔助將間隔件345形成在間隔件圖案340之外周上。額外犧牲材料圖案338不需要形成具有與形成犧牲材料圖案335之犧牲材料區塊336相同尺寸之區塊，而是僅需要界定可以在其上形成間隔件345以便完成間隔件圖案340之側壁。因此，形成額外犧牲材料圖案338之犧牲材料區塊339可以具有與形成犧牲材料圖案335之犧牲材料區塊336不同的形狀。
圖 3B 展示了犧牲材料圖案335及額外犧牲材料圖案338之實例性視圖，其中間隔件圖案340形成在犧牲材料圖案335之側上。間隔件圖案340可以形成連續的間隔件柵格。圖 1D 可以是圖 3B 的沿線Ib-Ib'之裝置之實例。間隔件345可以以與間隔件345形成在犧牲材料圖案335之側壁上相同的方式形成在額外犧牲材料圖案338之側上。
圖 3C 展示了間隔件圖案340之實例性視圖，其中犧牲材料圖案335及額外犧牲材料圖案338被移除。圖 1E 可以是圖 3C 的沿線Ic-Ic'之裝置之實例。
圖 4 是說明根據本發明之教示製造完全埋置彩色濾光器陣列裝置的一個實例之處理步驟之流程圖。圖 4 之製程可以在諸如圖 1A 中示出的裝置之裝置上執行。製程框410示出了可以藉由在裝置上形成支撐材料圖案205及黏著劑層208來開始製程。
支撐材料圖案205可以藉由沈積支撐材料然後蝕刻除去一些支撐材料來形成。例如，可以將支撐材料沈積為鋁覆蓋層，然後鋁覆蓋層可以經蝕刻以形成支撐材料圖案205。支撐材料圖案可以界定匹配圖3B 至圖 3C 中示出之間隔件圖案340的正方形或矩形柵格，但是在柵格中具有更寬的「線」。
在實施例中，黏著劑層208可以藉由氣相沈積製程形成在支撐材料圖案205之頂部上。氮化物硬光罩形成在位於支撐材料圖案205之頂部上的黏著劑層208上，並且蝕刻製程可以移除沈積在未被氮化物硬光罩覆蓋之位置處的黏著劑材料。然後可以移除氮化物硬光罩。黏著劑層208還可以藉由任何其他製程形成，該製程將黏著劑層208沈積在支撐材料圖案205之頂部上而不是沈積在緩衝層220上。形成支撐材料圖案205及黏著劑層208是視情況選用的，並且可以不執行。
製程框420示出了形成犧牲材料圖案135或235。若在裝置上形成了支撐材料圖案205及黏著劑層208，則犧牲材料層230可以形成在支撐材料圖案205、黏著劑層208及緩衝層220之頂部上。否則，犧牲材料層130可以形成在緩衝層120上。
犧牲材料層130或230可以藉由沈積(例如，藉由化學氣相沈積(CVD))來形成。在一個實施例中，可以在沈積犧牲材料層130或230之後應用化學機械拋光或平坦化製程以使犧牲材料層230之表面平滑或平坦。犧牲材料層130或230可以藉由乾式蝕刻製程進行蝕刻，以便形成犧牲材料圖案135。犧牲材料圖案235可以藉由使用與關於犧牲材料圖案135所描述的相同的製程蝕刻而成。
製程框430示出了間隔件圖案140或240形成在犧牲材料之側壁上。間隔件圖案140或240可以由單個間隔件145或245形成，該間隔件145或245形成在犧牲材料圖案135或235之犧牲材料區塊136或236之單個側上，並且還形成在額外犧牲材料圖案338之犧牲材料區塊339之側上。將間隔件材料沈積在用於構成犧牲材料圖案135或235之犧牲材料區塊136之側上，然後自緩衝層及犧牲材料區塊之頂部表面蝕刻除去多餘的間隔件材料，從而形成間隔件圖案140。沈積可以藉由氣相化學製程(諸如原子層沈積)來進行。蝕刻可以藉由各向異性乾式蝕刻製程來執行。蝕刻製程可以使得間隔件145或245背向犧牲材料區塊之一側具有朝向犧牲材料區塊傾斜的傾斜部分。所形成之間隔件145或245中之每一者均可以具有高達18:1或更大的縱橫比。
製程框440示出了移除犧牲材料圖案135或235。犧牲材料圖案135或235可以藉由濕式蝕刻製程移除。犧牲材料圖案135或235之移除使得第二開口149或249敞開。在犧牲材料上執行之乾式蝕刻製程及濕式蝕刻製程兩者都應該基本上不蝕刻間隔件145或245、黏著劑層208、支撐材料圖案205或緩衝層120或220。
製程框450示出了形成彩色濾光器陣列150或250及微透鏡160或260。彩色濾光器陣列150或250可以形成在第一開口148或248及第二開口149或249中。微透鏡160或260可以形成在彩色濾光器陣列150或250上。
圖 5 是說明根據本發明之教示包括完全埋置彩色濾光器陣列之成像系統的一個實例之圖。如所描繪之實例所示，成像系統500包括像素陣列505，其耦接至控制電路535及讀出電路515，該讀出電路515耦接至功能邏輯525。
像素陣列505是像素507(例如，像素P1、P2、...、Pn)之二維(「2D」)陣列。在一個實施例中，每一像素是互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)成像像素。像素陣列505可以實施為前側照明影像感測器陣列或後側照明影像感測器陣列。在一個實施例中，像素陣列505包括完全埋置彩色濾光器陣列，諸如圖1G或圖2H中描繪之完全埋置彩色濾光器陣列。完全埋置彩色濾光器陣列包括用於像素507之多個埋入式彩色濾光器。完全埋置彩色濾光器陣列可以配置有圖案，諸如：紅色、綠色及藍色附加濾光器(例如，RGB、RGBG或GRGB)之拜耳圖案或馬賽克；青色、品紅色、黃色及鍵(黑色)減色濾光器(例如CMYK)之彩色濾光器圖案；兩者之組合；或其他。如圖所展示，每一像素配置成列(例如，列R1至Ry)及行(例如，行C1至Cx)以獲取人、地點或物件之影像資料，該影像資料然後可以用於呈現人、地點或物件之2D影像。
在一個實施例中，在每一像素已經獲取其影像資料或影像電荷之後，影像資料由讀出電路515讀出並且被傳輸至功能邏輯525。讀出電路515可以包括放大電路(例如，差分放大器電路)、類比至數位(「ADC」)轉換電路或其他。
功能邏輯525可以包括邏輯及記憶體，其用於儲存影像資料或用於甚至藉由應用後影像效應(例如，裁切、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱影像資料。在一個實例中，讀出電路515可以沿讀出行線一次讀出一列影像資料(已說明)，或可以使用各種其他技術(諸如串行讀出或所有像素同時全部並行讀出)讀出影像資料(未說明)。
控制電路535耦接至像素陣列205。控制電路535可以包括用於控制像素陣列505之操作特性的邏輯及記憶體。例如，控制電路535可以產生用於控制影像獲取之快門信號。在一個實施例中，快門信號是全域快門信號，其用於同時啟用像素陣列505內之所有像素507，以在單一獲取窗口期間同時擷取其各自之影像資料。在可替代實施例中，快門信號是滾動快門信號，由此在連續獲取窗口期間順序地啟用每列、每行或每組像素。
以上對本發明所展示之實施例之描述，包括摘要中所描述之內容，都不旨在是窮盡的，或者是對所揭示之準確形式之限制。雖然本文出於說明性之目的描述了本發明之特定實施例及實例，但是在不脫離本發明之更廣泛之精神及範疇的情況下，可以進行各種等效之修改。毫無疑問，應當理解，具體的電壓、電流、頻率、功率範圍值、時間等是為了解釋之目的而提供的，並且根據本發明之教示，在其他實施例及實例中亦可以採用其他值。
根據以上詳細描述，可以對本發明之實例進行此等修改。所附申請專利範圍中使用之術語不應解釋為將本發明限制於說明書及申請專利範圍中揭示之特定實施例。相反，範疇完全由所附申請專利範圍來判定，此等申請專利範圍將根據技術方案解釋之既定原則來解釋。因此，本說明書及附圖被認為是說明性的而非限制性的。
110:基板 115:光電二極體 120:緩衝層 130:犧牲材料層 135:犧牲材料圖案 136:犧牲材料區塊 140:間隔件圖案 145:間隔件 148:第一開口 149:第二開口 150:彩色濾光器陣列 160:微透鏡 205:支撐材料圖案 208:黏著劑層 210:基板 215:光電二極體 220:緩衝層 230:犧牲材料層 235:犧牲材料圖案 236:犧牲材料區塊 240:間隔件圖案 245:間隔件 248:第一開口 249:第二開口 250:彩色濾光器陣列 260:微透鏡 335:犧牲材料圖案 336:犧牲材料區塊 338:額外犧牲材料圖案 339:犧牲材料區塊 340:間隔件圖案 345:間隔件 410:製程框 420:製程框 430:製程框 440:製程框 450:製程框 500:成像系統 505:像素陣列 507:像素 515:讀出電路 525:功能邏輯 535:控制電路 C1,C2,…,Cx:行 P1,P2,…,Pn:像素 R1,R2,…,Ry:列
參考以下附圖描述本發明之非限制性及非窮盡性實施例，其中除非另外說明，否則在各個視圖中，相同的參考數字指代相同的部分。
圖 1A 至圖 1I 展示了根據本發明之教示在形成彩色濾光器陣列不同步驟處的完全埋置彩色濾光器陣列之截面視圖之實例。
圖 2A 至圖 2H 展示了根據本發明之教示在形成彩色濾光器陣列不同步驟處的完全埋置彩色濾光器陣列之截面視圖之實例。
圖 3A 至圖 3C 展示了根據本發明之教示在形成彩色濾光器陣列不同步驟處的完全埋置彩色濾光器陣列之實例性自頂向下視圖。
圖 4 是說明根據本發明之教示製造完全埋置彩色濾光器陣列裝置的一個實例之處理步驟之流程圖。
圖 5 是說明根據本發明之教示具有完全埋置彩色濾光器陣列之成像系統的一個實例之圖。
在附圖之若干視圖中，對應的參考標號指示對應的組件。熟習此項技術者將理解，附圖中之元件是為了簡化及清楚而展示的，並且不一定按比例繪製。例如，附圖中之一些元件之尺寸可以相對於其他元件被放大，以幫助提高對本發明之各個實施例之理解。而且，在商業上可行之實施例中有用的或者必要的、普遍的但是很好理解的元件經常未被描繪，以便促進較少阻礙地查看本發明之此等各種實施例。
110:基板
115:光電二極體
120:緩衝層
145:間隔件
150:彩色濾光器陣列
160:微透鏡

Claims (19)

  1. 一種影像感測器，其包含： 一基板，其中一光電二極體陣列安置在該基板中； 複數個間隔件，其配置成一間隔件圖案，其中該複數個間隔件中之至少一個間隔件具有至少18:1之一縱橫比； 一緩衝層，其安置在該基板與該間隔件圖案之間；以及 一彩色濾光器陣列，其安置在該間隔件圖案中。
  2. 如請求項1之影像感測器，其中該間隔件圖案自該緩衝層延伸得比該彩色濾光器陣列自該緩衝層延伸得更遠。
  3. 如請求項1之影像感測器，其進一步包含一支撐材料圖案，該支撐材料圖案安置在該間隔件圖案與該緩衝層之間。
  4. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個間隔件中之每一者的一厚度小於或等於0.05 μm。
  5. 如請求項1之影像感測器，其中該彩色濾光器陣列中之該等彩色濾光器中之每一者安置在由該間隔件圖案之柵格界定的複數個開口中之一各別開口中。
  6. 如請求項5之影像感測器， 其中該複數個間隔件中之每一者具有帶一第一傾斜之一第一側及帶一第二傾斜之一第二側， 其中該複數個開口之一第一部分僅與該複數個間隔件之第一側鄰近，且 其中該複數個開口之一第二部分僅與該複數個間隔件之第二側鄰近。
  7. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個間隔件中之每一者由一折射率低於該彩色濾光器陣列中之該等彩色濾光器中之每一者的一折射率之一材料構成。
  8. 一種影像感測器，其包含： 一基板，其中一光電二極體陣列安置在該基板中； 複數個間隔件，其配置成一間隔件圖案； 一緩衝層，其安置在該間隔件圖案與該基板之間； 一彩色濾光器陣列，其安置在該間隔件圖案中；以及 一支撐材料圖案，其界定一柵格，該支撐材料圖案安置在該間隔件圖案與該緩衝層之間； 其中該複數個間隔件中之至少一者具有至少18:1之一縱橫比。
  9. 如請求項8之影像感測器，其進一步包含一黏著劑層，該黏著劑層安置在該間隔件圖案與該支撐材料圖案之間。
  10. 如請求項8之影像感測器，其中該複數個間隔件之一厚度小於或等於0.05 μm。
  11. 一種製造一影像感測器之方法，其包含： 在位於一基板上之一緩衝層上形成一犧牲材料圖案，其中一光電二極體陣列安置在該基板中； 在構成該犧牲材料圖案之該犧牲材料之側壁上形成一間隔件圖案，該間隔件圖案界定具有開口之一柵格； 移除該犧牲材料圖案；以及 在該等開口中形成一彩色濾光器陣列。
  12. 如請求項11之方法，其中該形成該犧牲材料圖案包含： 沈積一犧牲材料層；以及 使用一乾式蝕刻製程蝕刻該犧牲材料層，其中該移除犧牲材料包含使用一濕式蝕刻製程蝕刻該犧牲材料圖案。
  13. 如請求項11之方法，其進一步包含在該在位於該基板上之該緩衝層上形成該犧牲材料圖案之前，在該緩衝層上形成一支撐材料圖案。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包含在該在位於該基板上之該緩衝層上形成該犧牲材料圖案之前，在該支撐材料圖案上形成一黏著劑材料層。
  15. 如請求項14之方法，其中該在構成該犧牲材料圖案之該犧牲材料上形成該間隔件圖案進一步包含在位於該支撐材料圖案上之該黏著劑材料層上形成該間隔件圖案。
  16. 如請求項14之方法，其中該在構成該犧牲材料圖案之該犧牲材料之該等側壁上形成該間隔件圖案進一步包含在該支撐材料圖案上之該黏著劑材料層之一中心上形成該間隔件圖案。
  17. 如請求項14之方法，其中該在位於該基板上之該緩衝層上形成該犧牲材料圖案進一步包含在該支撐材料圖案上之該黏著劑材料層之一部分上形成該犧牲材料圖案。
  18. 如請求項11之方法，其中該在位於該基板上之該緩衝層上形成該犧牲材料圖案包含在該緩衝層上形成複數個矩形稜柱，其中該複數個矩形稜柱中之每一者包含該犧牲材料，且其中該複數個矩形稜柱彼此分離且間隔開。
  19. 如請求項11之方法，其進一步包含在該彩色濾光器陣列上形成複數個微透鏡。
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