TW202143458A - 固態成像裝置 - Google Patents
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Abstract
提供一種固態成像裝置，其具有一第一區域及圍繞第一區域的一第二區域。固態成像裝置包含一基板，基板具有複數個光電轉換元件。固態成像裝置也包含一彩色濾光片層，彩色濾光片層設置於基板之上。彩色濾光片層包含複數個彩色濾光片區段，彩色濾光片區段對應於光電轉換元件。固態成像裝置更包含一光波導層，光波導層設置於彩色濾光片層上方。光波導層包含一波導分隔網格、在波導分隔網格的空隙中的一波導材料及在波導分隔網格與波導材料上的一抗反射膜。波導分隔網格的頂部的寬度大於波導分隔網格的底部的寬度。
Description
本揭露實施例是有關於一種成像裝置，且特別是有關於一種包含波導分隔網格的固態成像裝置，波導分隔網格具有可變的寬度。
固態成像裝置，例如電荷耦合元件(charge-coupled device, CCD)成像裝置、互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)成像裝置等已經廣泛使用於各種影像拍攝設備，例如數位靜止影像相機、數位攝影機和類似的設備。在這些固態成像裝置中，光感測部分形成在多個像素中的每個像素處，並可根據在光感測部分中所接收的光量產生訊號電荷。此外，可以傳送和放大在光感測部分中產生的訊號電荷，進而獲得一影像訊號。
近年來，為了增加像素數量以提供高解析度影像，固態成像裝置特別是互補式金屬氧化物半導體(CMOS)成像裝置的趨勢是減小像素尺寸。然而，當像素尺寸持續減小的同時，在固態成像裝置的設計和製造上仍存在各種挑戰。
在固態成像裝置的邊緣區域或周邊區域中(或附近)，輻射到固態成像裝置中的入射光可能是傾斜的，並且光電轉換元件的靈敏度可能由於不同彩色濾光片區段的折射率不同而不均勻。在本揭露的實施例中，固態成像裝置包含具有不同網格寬度的波導分隔網格，其可以改善固態成像裝置的邊緣區域或周邊區域中的像素靈敏度的均勻性。
根據本揭露的一些實施例，提供一種固態成像裝置，其具有一第一區域及圍繞第一區域的一第二區域。固態成像裝置包含一基板，基板具有複數個光電轉換元件。固態成像裝置也包含一彩色濾光片層，彩色濾光片層設置於基板之上。彩色濾光片層包含複數個彩色濾光片區段，彩色濾光片區段對應於光電轉換元件。固態成像裝置更包含一光波導層，光波導層設置於彩色濾光片層上方。光波導層包含一波導分隔網格、在波導分隔網格的空隙中的一波導材料及在波導分隔網格與波導材料上的一抗反射膜。波導分隔網格的頂部的寬度大於波導分隔網格的底部的寬度。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露實施例敘述了一第一特徵部件形成於一第二特徵部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵部件與上述第二特徵部件是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵部件形成於上述第一特徵部件與上述第二特徵部件之間，而使上述第一特徵部件與第二特徵部件可能未直接接觸的實施例。
應理解的是，額外的操作步驟可實施於所述方法之前、之間或之後，且在所述方法的其他實施例中，部分的操作步驟可被取代或省略。
此外，其中可能用到與空間相關用詞，例如「在… 下方」、「下方」、「較低的」、「在… 上方」、「上方」、「較高的」及類似的用詞，這些空間相關用詞係為了便於描述圖示中一個(些)元件或特徵部件與另一個(些)元件或特徵部件之間的關係，這些空間相關用詞包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時(旋轉90度或其他方位)，則其中所使用的空間相關形容詞也將依轉向後的方位來解釋。
在說明書中，「約」、「大約」、「大抵」之用語通常表示在一給定值或範圍的20%之內，或10%之內，或5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，或0.5%之內。在此給定的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「大抵」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「大抵」之含義。
除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本揭露實施例有特別定義。
以下所揭露之不同實施例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
在固態成像裝置中，入射光以傾斜角度照射到像素陣列的邊緣(周邊區域(peripheral area))上，此傾斜角度大於入射光照射到像素陣列的中心區域(central area)上的法線角度(normal angle)。入射光的角度由偏離固態成像裝置的光接收表面的法線來決定。舉例來說，照射到像素陣列的邊緣(周邊區域)上的入射光的傾斜角度通常是約+/-20度至約+/-40度，並且照射到像素陣列的中心區域上的入射光的法線角度約為0度。
依照光線入射在光接收單元上的方向分類，固態成像裝置大致可分為兩種類型。一種是前照式(front-side illuminated, FSI)成像裝置，其接收入射在基板的正面上的光，在基板的正面上形成有讀取電路的佈線層。另一種是背照式(back-side illuminated, BSI)成像裝置，其接收入射在基板的背面上的光，在基板的背面上沒有形成佈線層。為了彩色影像的成像，在FSI和BSI成像裝置中提供彩色濾光片。FSI和BSI成像裝置通常具有遮光網格結構，其用於阻擋像素之間的光以防止混色。
第1圖顯示根據本揭露一實施例之固態成像裝置100的上視圖。參照第1圖，區域ROI-1表示固態成像裝置100的中心區域，區域ROI-3表示固態成像裝置100的邊緣區域(周邊區域)，而區域ROI-2表示在區域ROI-1與區域ROI-3之間的區域。第1圖繪示固態成像裝置100的區域ROI-1、區域ROI-2和區域ROI-3的相對位置。應注意的是，在後方圖式中也可以應用區域ROI-1、區域ROI-2和區域ROI-3的相對位置。
第2A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置200的區域ROI-1的部分平面圖。第2B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置200的區域ROI-2的部分平面圖。第2C圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置200的區域ROI-3的部分平面圖。第3A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置200的區域ROI-1的部分剖面圖。第3B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置200的區域ROI-2的部分剖面圖。第3C圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置200的區域ROI-3的部分剖面圖。
在本實施例中，第3A圖可為沿著第2A圖中A-A’剖面線或B-B’剖面線所切的固態成像裝置200的區域ROI-1的剖面圖。類似地，第3B圖可為沿著第2B圖中C-C’剖面線或D-D’剖面線所切的固態成像裝置200的區域ROI-2的剖面圖，而第3C圖可為沿著第2C圖中E-E’剖面線或F-F’剖面線所切的固態成像裝置200的區域ROI-3的剖面圖。第2A圖至第3C圖中的區域ROI-1、區域ROI-2與區域ROI-3的相對位置也可參考第1圖。應注意的是，為了簡潔起見，第2A圖至第3C圖中可能省略固態成像裝置200的部分部件。
在一些實施例中，固態成像裝置200可由互補式金屬氧化物半導體(CMOS)成像裝置或電荷耦合元件(CCD)成像裝置所形成，但本揭露實施例並非以此為限。如第3A圖與第3C圖所示，固態成像裝置200包含一基板101，例如晶圓或晶片，但本揭露實施例並非以此為限。基板101具有前側表面101F以及與前側表面101F為相反側的背側表面101B。多個光電轉換元件103(例如，光電二極體)可形成在基板101中。
參照第3A圖至第3C圖，基板101具有複數個光電轉換元件103。基板101中的光電轉換元件103經由隔離結構(未繪示)彼此隔離，隔離結構例如為淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)區或深溝槽隔離(deep trench isolation, DTI)區。可使用蝕刻製程在基板101中形成溝槽，並用絕緣或介電材料填充溝槽而形成隔離結構。雖然實施例的固態成像裝置200的圖式僅繪示出幾個像素，但實際上固態成像裝置200在像素陣列中具有數百萬或更多數量的像素。
在一些實施例中，光電轉換元件103形成在基板101的背側表面101B上，佈線層105則形成在基板101的前側表面101F上，但本揭露實施例並非以此為限。佈線層105可以是包含多條導線和導通孔(vias)埋置在多個介電層中的內連線結構，並且佈線層105可進一步包含固態成像裝置200需要的各種電路。入射光可照射到背側表面101B的那一側並且被光電轉換元件103所接收。第3A圖至第3C圖所示的固態成像裝置200可稱為背照式(BSI)成像裝置，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，固態成像裝置200可為前照式(FSI)成像裝置。對於FSI成像裝置而言，第3A圖至第3C圖所示的基板101和佈線層105可被上下翻轉。在FSI成像裝置中，入射光照射到前側表面101F的那一側，穿過佈線層105，接著被形成在基板101的背側表面101B上的光電轉換元件103所接收。
如第3A圖至第3C圖所示，在一些實施例中，固態成像裝置200也可包含形成在基板101的背側表面101B上並覆蓋光電轉換元件103的高介電常數(high-κ)膜107。高介電常數膜107的材料可包含氧化鉿(HfO2
)、氧化鉿鉭(HfTaO)、氧化鉿鈦(HfTiO)、氧化鉿鋯(HfZrO)、五氧化二鉭(Ta2
O5
)、其他合適的高介電常數(high-κ)材料或其組合，但本揭露實施例並非以此為限。高介電常數膜107可由沉積製程所形成。沉積製程例如是化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)、電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced chemical vapor deposition, PECVD)、原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)或其他沉積技術。高介電常數膜107可具有高折射率和光吸收能力。
在一些實施例中，固態成像裝置200可進一步包含形成在高介電常數膜107上的緩衝層109。緩衝層109的材料可包含氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、其他合適的絕緣材料或其組合，但本揭露實施例並非以此為限。緩衝層109可由沉積製程所形成。沉積製程例如為旋轉塗佈、化學氣相沉積、可流動化學氣相沉積(flowable chemical vapor deposition, FCVD)、電漿增強化學氣相沉積、物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)或其他沉積技術。
參照第3A圖至第3C圖，固態成像裝置200也包含設置於基板101之上並位於光電轉換元件103上方的一彩色濾光片層120。更詳細而言，如第3A圖至第3C圖所示，彩色濾光片層120包含形成於緩衝層109之上的一金屬網格111，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，金屬網格111的材料可包含鎢(W)、鋁(Al)、金屬氮化物(例如，氮化鈦(TiN))、其他合適的材料或其組合，但本揭露實施例並非以此為限。金屬網格111可透過在緩衝層109上沉積一金屬層，接著使用光微影和蝕刻製程對此金屬層進行圖案化所形成，但本揭露實施例並非以此為限。
參照第3A圖至第3C圖，彩色濾光片層120也包含一彩色濾光片分隔網格113B及複數個彩色濾光片區段115。彩色濾光片區段115對應於光電轉換元件103，且彩色濾光片分隔網格113B設置於彩色濾光片區段115之間與金屬網格111之上。在本揭露實施例中，金屬網格111、彩色濾光片分隔網格113B及彩色濾光片區段115可稱為彩色濾光片層120。特別地，彩色濾光片分隔網格113B可形成在金屬網格111的至少一部分之上並且覆蓋金屬網格111的至少一部分，且彩色濾光片區段115可以設置於彩色濾光片分隔網格113B的各別空間中。彩色濾光片分隔網格113B的材料可包含透明介電材料，其具有約1.0至約1.99的低折射率，且彩色濾光片分隔網格113B的折射率低於彩色濾光片區段115的折射率，但本揭露實施例並非以此為限。每個彩色濾光片區段115可以對應於一個相應的光電轉換元件103，但本揭露實施例並非以此為限。
此外，在一些實施例中，彩色濾光片區段115包含紅色(R)濾光片區段115R及綠色(G)/藍色(B)濾光片區段115GB，這些彩色濾光片區段如第3A圖至第3C圖所示以合適的排列方式排列。在一些其他實施例中，彩色濾光片區段115還可包含白色(W)或其他顏色的彩色濾光片區段，這些彩色濾光片區段以合適的排列方式與紅色、綠色及藍色濾光片區段一起排列。彩色濾光片區段115的頂表面可與彩色濾光片分隔網格113B的頂表面齊平，但本揭露實施例並非以此為限。
參照第3A圖至第3C圖，固態成像裝置200更包含設置於彩色濾光片層120上方的一光波導層130。如第3A圖至第3C圖所示，光波導層130包含一波導分隔網格123A、在波導分隔網格123A的空隙中(並位於光電轉換元件103上方)的一波導材料121及在波導分隔網格123A與波導材料121上的一抗反射膜123B。更詳細而言，如第3A圖至第3C圖所示，波導分隔網格123A可與彩色濾光片分隔網格113B對應設置，波導材料121與波導分隔網格123A具有共平面的頂表面，且抗反射膜123B位於此共平面的頂表面上，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，波導分隔網格113A的材料包含透明介電材料，其具有約1.0至約1.99的低折射率。波導材料121的材料包含另一透明介電材料，其折射率高於波導分隔網格113A的折射率，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，波導材料121的折射率為約1.1至約2.0。在一些實施例中，波導分隔網格123A和抗反射膜123B可由相同的材料製成，並且可在相同的製程步驟中一起形成。
在本揭露實施例中，波導分隔網格123A的頂部的寬度大於波導分隔網格123A的底部的寬度。亦即，在第3A圖至第3C圖所示的固態成像裝置200的剖面圖中，波導分隔網格123A可以形成為多個梯形，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，波導分隔網格123A如第2A圖與第3A圖所示在區域ROI-1中具有一第一波導部分123A1，如第2B圖與第3B圖(或第2C圖與第3C圖)所示在區域ROI-2(或區域ROI-3)中具有對應於第一波導部分123A1的一第二波導部分123A2(或123A2’)。此外，第二波導部分123A2(或123A2’)的頂部的第二波導寬度WW2(或WW2’)大於第一波導部分123A1的頂部的第一波導寬度WW1。在本實施例中，第二波導部分123A2’的頂部的第二波導寬度WW2’大於第二波導部分123A2的頂部的第二波導寬度WW2。亦即，區域ROI-2(即，介於固態成像裝置200的中心區域與邊緣區域之間)中的第二波導部分123A2的頂部的第二波導寬度WW2或區域ROI-3(即，固態成像裝置200的邊緣區域)中的第二波導部分123A2’的頂部的第二波導寬度WW2’大於區域ROI-1(即，固態成像裝置200的中心區域)中的第一波導部分123A1的頂部的第一波導寬度WW1。
如第2A圖、第2B圖、第3A圖與第3B圖所示，舉例來說，第一波導部分123A1的頂部的第一波導寬度WW1可為約0.15 μm至約0.22 μm，而第二波導部分123A2的頂部的第二波導寬度WW2可為約0.17 μm至約0.24 μm，但本揭露實施例並非以此為限。類似地，如第2C圖與第3C圖所示，第二波導部分123A2’的頂部的第二波導寬度WW2’可為約0.19 μm至約0.29 μm，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，第二波導部分123A2(或123A2’)的頂部的第二波導寬度WW2(或WW2’)與第一波導部分123A1的頂部的第一波導寬度WW1的比例(WW2/WW1或WW2’/WW1)可為約1.05至約1.3，但本揭露實施例並非以此為限。
再者，在第2A圖至第2C圖與第3A圖至第3C圖所示的實施例中，區域ROI-1中的第一波導部分123A1和區域ROI-2(或區域ROI-3)中的第二波導部分123A2(或123A2’)包圍對應於紅色濾光片區段115R的空間。如第2A圖至第2C圖所示，由於第二波導部分123A2(或123A2’)的頂部的第二波導寬度WW2(或WW2’)大於第一波導部分123A1的頂部的第一波導寬度WW1，對應於區域ROI-2(即，介於固態成像裝置200的中心區域與邊緣區域之間)或區域ROI-3(即，固態成像裝置200的邊緣區域)中的每個紅色濾光片區段115R的波導材料121的頂表面121R小於對應於區域ROI-1(即，固態成像裝置200的中心區域)中的每個紅色濾光片區段115R的波導材料121的頂表面121R。如第2B圖與第2C圖所示，在區域ROI-2或區域ROI-3中，對應於每個紅色濾光片區段115R的波導材料121的頂表面121R小於對應於每個綠色/藍色濾光片區段115GB的波導材料121的頂表面121GB。
在一些實施例中，在區域ROI-2(即，介於固態成像裝置200的中心區域與邊緣區域之間)或區域ROI-3(即，固態成像裝置200的邊緣區域)中的波導分隔網格123A的位置相對於彩色濾光片分隔網格113B的位置在方向D上偏移了一位移距離。在此，方向D是在與彩色濾光片層120的頂表面平行的平面上的水平方向。可以根據在固態成像裝置200的區域ROI-2或區域ROI-3中的靈敏度、通道分離或其他性能來調整波導分隔網格123A的位移距離。在一些實施例中，波導分隔網格123A的位移距離是一致的(consistent)，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，波導分隔網格123A的位移距離是可變的(variable)。
根據本揭露的實施例，在區域ROI-2或區域ROI-3中，照射到具有位置偏移的波導分隔網格123A的固態成像裝置200的傾斜入射光可以被引導到彩色濾光片區段115中，並且到達靠近光電轉換元件103的中心區域的位置。因此，可以增強在固態成像裝置200的邊緣區域(周邊區域)中(或附近)的靈敏度。
再者，由於較高的折射率，紅色濾光片區段115R在區域ROI-2(即，介於固態成像裝置200的中心區域與邊緣區域之間)或區域ROI-3(即，固態成像裝置200的邊緣區域)中可具有比綠色/藍色濾光片區段115GB更高的靈敏度。在本揭露實施例中，第二波導部分123A2(或123A2’)的頂部的第二波導寬度WW2(或WW2’)被設置為大於第一波導部分123A1的頂部的第一波導寬度WW1，可以減少彩色濾光片區段115之間靈敏度的差異。因此，可以改善固態成像裝置200的邊緣區域(周邊區域)中(或附近)的靈敏度的均勻性。
第4A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置300的區域ROI-1的部分剖面圖。第4B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置300的區域ROI-3的部分剖面圖。第4A圖與第4B圖中的區域ROI-1與區域ROI-3的相對位置也可參考第1圖。應注意的是，為了簡潔起見，第4A圖與第4B圖中可能省略固態成像裝置300的部分部件。
參照第4A圖與第4B圖，在一些實施例中，固態成像裝置300中的光電轉換元件103可排列於複數個正規像素P與複數個相位檢測自動對焦像素(phase detection auto focus pixels)PDAF中，相位檢測自動對焦像素PDAF被正規像素P所圍繞。在一些實施例中，每個相位檢測自動對焦像素PDAF可對應於至少兩個光電轉換元件103，而每個正規像素P可對應於一個光電轉換元件，但本揭露實施例並非以此為限。
在本實施例中，金屬網格111在固態成像裝置300的不同區域中具有不同的寬度。舉例來說，如第4A圖與第4B圖所示，金屬網格111在區域ROI-1(即，固態成像裝置300的中心區域)中具有一第一金屬部分111A，在區域ROI-3(即，固態成像裝置300的邊緣區域)中具有與對應於第一金屬部分111A的一第二金屬部分111B，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，金屬網格111的第二金屬部分111B也可設置於區域ROI-2(即，介於固態成像裝置300的中心區域與邊緣區域之間)中。
在本實施例中，金屬網格111的第一金屬部分111A和第二金屬部分111B對應於一個相位檢測自動對焦像素PDAF與對應的正規像素P(即，圍繞此相位檢測自動對焦像素PDAF的正規像素P)之間的空間。此外，第二金屬部分111B的第二金屬寬度MW2大於第一金屬部分111A的第一金屬寬度MW1。更詳細而言，在第4B圖所示的區域ROI-3中，金屬網格111的第二金屬部分111B可部分位於對應於正規像素P的彩色濾光片區段115之下。相對地，在第4A圖所示的區域ROI-1中，金屬網格111的第一金屬部分111A可完全地被彩色濾光片分隔網格113B所覆蓋。
在一些實施例中，第二金屬部分111B的第二金屬寬度MW2與第一金屬部分111A的第一金屬寬度MW1的比例(MW2/MW1)可為約1.2至約1.75，但本揭露實施例並非以此為限。
由於在區域ROI-3(或區域ROI-2)中圍繞相位檢測自動對焦像素PDAF的正規像素P相較於其他的正規像素P具有更高的靈敏度，因此，區域ROI-3(或區域ROI-2)的靈敏度可能不平衡。在本揭露的實施例中，第二金屬部分111B的第二金屬寬度MW2被設置為大於第一金屬部分111A的第一金屬寬度MW1，可以減少正規像素P之間靈敏度的差異。因此，可以改善固態成像裝置300的邊緣區域(周邊區域)中(或附近)的靈敏度的均勻性。
在一些實施例中，如第4B圖所示，在區域ROI-3中，彩色濾光片分隔網格113B具有一網格寬度CW，且網格寬度CW可小於第二金屬部分111B的第二金屬寬度MW2，但本揭露實施例並非以此為限。
第5A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置400的區域ROI-1的部分剖面圖。第5B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置400的區域ROI-3的部分剖面圖。第5A圖與第5B圖中的區域ROI-1與區域ROI-3的相對位置也可參考第1圖。應注意的是，為了簡潔起見，第5A圖與第5B圖中可能省略固態成像裝置400的部分部件。
參照第5A圖與第5B圖，在一些實施例中，固態成像裝置400中的光電轉換元件103可排列於複數個正規像素P與複數個相位檢測自動對焦像素PDAF中，相位檢測自動對焦像素PDAF被正規像素P所圍繞。類似地，每個相位檢測自動對焦像素PDAF可對應於至少兩個光電轉換元件103，而每個正規像素P可對應於一個光電轉換元件，但本揭露實施例並非以此為限。
如第5A圖與第5B圖所示，在一些實施例中，固態成像裝置400中的光電轉換元件103可進一步排列於複數個附加正規像素P1中，且附加正規像素P1透過正規像素P與相位檢測自動對焦像素PDAF分離。
在本實施例中，波導分隔網格123A在固態成像裝置400的不同區域中具有不同的寬度。舉例來說，如第5A圖與第5B圖所示，波導分隔網格123A在區域ROI-1(即，固態成像裝置400的中心區域)中具有一第一波導部分123A1，在區域ROI-3(即，固態成像裝置400的邊緣區域)中具有對應於第一波導部分123A1的一第二波導部分123A2，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，波導分隔網格123A的第二波導部分123A2也可設置於區域ROI-2(即，介於固態成像裝置400的中心區域與邊緣區域之間)中。
在本實施例中，波導分隔網格123A的第一波導部分123A1和第二波導部分123A2對應於一個相位檢測自動對焦像素PDAF與對應的正規像素P(即，圍繞此相位檢測自動對焦像素PDAF的正規像素P)之間的空間。此外，第二波導部分123A2的頂部的第二波導寬度WW2大於第一波導部分123A1的頂部的第一波導寬度WW1。
在一些實施例中，如第5B圖所示，在區域ROI-3(或區域ROI-2)中，對應於一個正規像素的波導材料121的頂表面121A小於對應於一個附加正規像素P1的波導材料121的頂表面121B，但本揭露實施例並非以此為限。
由於在區域ROI-3(或區域ROI-2)中圍繞相位檢測自動對焦像素PDAF的正規像素P相較於其他的正規像素P具有更高的靈敏度，因此，區域ROI-3(或區域ROI-2)的靈敏度可能不平衡。在本揭露的實施例中，第二波導部分123A2的頂部的第二波導寬度WW2被設置為大於第一波導部分123A1的頂部的第一波導寬度WW1，可以減少正規像素P之間靈敏度的差異。因此，可以改善固態成像裝置400的邊緣區域(周邊區域)中(或附近)的靈敏度的均勻性。
在本實施例中，如第5B圖所示，波導分隔網格123A在區域ROI-3(即，固態成像裝置400的邊緣區域)中可具有一第三波導部分123A3，第三波導部分123A3對應於一個附加正規像素P1。此外，第二波導部分123A2的頂部的第二波導寬度WW2大於第三波導部分123A3的頂部的第三波導寬度WW3，但本揭露實施例並非以此為限。
第6A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置500的區域ROI-1的部分剖面圖。第6B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置500的區域ROI-3的部分剖面圖。第6A圖與第6B圖中的區域ROI-1與區域ROI-3的相對位置也可參考第1圖。應注意的是，為了簡潔起見，第6A圖與第6B圖中可能省略固態成像裝置500的部分部件。
參照第6A圖與第6B圖，在一些實施例中，固態成像裝置500中的光電轉換元件103可排列於複數個正規像素P與複數個相位檢測自動對焦像素PDAF中，相位檢測自動對焦像素PDAF被正規像素P所圍繞。類似地，每個相位檢測自動對焦像素PDAF可對應於至少兩個光電轉換元件103，而每個正規像素P可對應於一個光電轉換元件，但本揭露實施例並非以此為限。
在本實施例中，彩色濾光片分隔網格113B在固態成像裝置500的不同區域中具有不同的寬度。舉例來說，如第6A圖與第6B圖所示，彩色濾光片分隔網格113B在區域ROI-1(即，固態成像裝置500的中心區域)中具有一第一彩色部分113B1，在區域ROI-3(即，固態成像裝置500的邊緣區域)中具有對應於第一彩色部分113B1的一第二彩色部分113B2，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，彩色濾光片分隔網格113B的第二彩色部分113B2也可設置於區域ROI-2(即，介於固態成像裝置500的中心區域與邊緣區域之間)中。
在本實施例中，彩色濾光片分隔網格113B的第一彩色部分113B1和第二彩色部分113B2對應於一個相位檢測自動對焦像素PDAF與對應的正規像素P(即，圍繞此相位檢測自動對焦像素PDAF的正規像素P)之間的空間。此外，第二彩色部分113B2的底部的第二彩色寬度CW2小於第一彩色部分113B1的底部的第一彩色寬度CW1。
在第6A圖與第6B圖所示的實施例中，被第二彩色部分113B2(其對應於區域ROI-3或區域ROI-2中的一個相位檢測自動對焦像素PDAF)所包圍的一個彩色濾光片區段的底表面115B2大於被第一彩色部分113B1(其對應於區域ROI-1中的一個相位檢測自動對焦像素PDAF)所包圍的另一個彩色濾光片區段115中的底表面115B1。
由於在區域ROI-3(或區域ROI-2)中圍繞相位檢測自動對焦像素PDAF的正規像素P相較於其他的正規像素P具有更高的靈敏度，因此，區域ROI-3(或區域ROI-2)的靈敏度可能不平衡。在本揭露的實施例中，第二彩色部分113B2的底部的第二彩色寬度CW2被設置為小於第一彩色部分113B1的底部的第一彩色寬度CW1，可以減少正規像素P之間靈敏度的差異。因此，可以改善固態成像裝置500的邊緣區域(周邊區域)中(或附近)的靈敏度的均勻性。
第7A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置600的區域ROI-1的部分剖面圖。第7B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置600的區域ROI-3的部分剖面圖。第7A圖與第7B圖中的區域ROI-1與區域ROI-3的相對位置也可參考第1圖。應注意的是，為了簡潔起見，第7A圖與第7B圖中可能省略固態成像裝置600的部分部件。
參照第7A圖與第7B圖，在一些實施例中，固態成像裝置600中的光電轉換元件103可排列於複數個正規像素P與複數個相位檢測自動對焦像素PDAF中，相位檢測自動對焦像素PDAF被正規像素P所圍繞。類似地，每個相位檢測自動對焦像素PDAF可對應於至少兩個光電轉換元件103，而每個正規像素P可對應於一個光電轉換元件，但本揭露實施例並非以此為限。
在本實施例中，波導分隔網格123A在固態成像裝置600的不同區域中具有不同的寬度。舉例來說，如第7A圖與第7B圖所示，波導分隔網格123A在區域ROI-1(即，固態成像裝置600的中心區域)中具有一第一波導部分123A1，在區域ROI-3(即，固態成像裝置600的邊緣區域)中具有對應於第一波導部分123A1的一第二波導部分123A2，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，波導分隔網格123A的第二波導部分123A2也可設置於區域ROI-2(即，介於固態成像裝置600的中心區域與邊緣區域之間)中。
在本實施例中，波導分隔網格123A的第一波導部分123A1和第二波導部分123A2對應於一個相位檢測自動對焦像素PDAF與對應的正規像素P(即，圍繞此相位檢測自動對焦像素PDAF的正規像素P)之間的空間。此外，第一波導部分123A1的頂部的第一波導寬度WW1大於第二波導部分123A2的頂部的第二波導寬度WW2。
如第7A圖與第7B圖所示，被第一波導部分123A1(其對應於區域ROI-1中的一個相位檢測自動對焦像素PDAF)所包圍的波導材料121的頂表面121A1小於被第二波導部分(其對應於區域ROI-3或區域ROI-2中的一個相位檢測自動對焦像素PDAF)所包圍的121波導材料的頂表面121A2。
在本揭露實施例中，第一波導部分123A1的頂部的第一波導寬度WW1被設置於大於第二波導部分123A2的頂部的第二波導寬度WW2，可以改善固態成像裝置600的靈敏度的均勻性。
第8A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置700的部分剖面圖。第8B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置800的部分剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第8A圖與第8B圖中可能省略固態成像裝置700或固態成像裝置800的部分部件。
如第8A圖所示，空隙中的波導材料121的輪廓可為三角形；如第8B圖所示，空隙中的波導材料121的輪廓可為弧形，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，空隙中的波導材料121可具有一輪廓，此輪廓包括矩形、三角形、其他多邊形、弧形或其組合。
綜上所述，根據本揭露的實施例，藉由調整固態成像裝置中部分部件的寬度，可以減少彩色濾光片區段之間靈敏度的差異。因此，可以改善固態成像裝置的邊緣或周邊區域中(或附近)的靈敏度的均勻性。
以上概述數個實施例的部件，以便在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者可以更理解本揭露實施例的觀點。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應該理解，他們能以本揭露實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構以達到與在此介紹的實施例相同之目的及/或優勢。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者也應該理解到，此類等效的結構並無悖離本揭露的精神與範圍，且他們能在不違背本揭露之精神和範圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，雖然本揭露已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。
整份說明書對特徵、優點或類似語言的引用，並非意味可以利用本揭露實現的所有特徵和優點應該或者可以在本揭露的任何單個實施例中實現。相對地，涉及特徵和優點的語言被理解為其意味著結合實施例描述的特定特徵、優點或特性包括在本揭露的至少一個實施例中。因而，在整份說明書中對特徵和優點以及類似語言的討論可以但不一定代表相同的實施例。
再者，在一個或多個實施例中，可以任何合適的方式組合本揭露的所描述的特徵、優點和特性。根據本文的描述，相關領域的技術人員將意識到，可在沒有特定實施例的一個或多個特定特徵或優點的情況下實現本揭露。在其他情況下，在某些實施例中可辨識附加的特徵和優點，這些特徵和優點可能不存在於本揭露的所有實施例中。
100,200,300,400,500,600,700,800:固態成像裝置
101:基板
101B:背側表面
101F:前側表面
103:光電轉換元件
105:佈線層
107:高介電常數膜
109:緩衝層
111:金屬網格
111A:第一金屬部分
111B:第二金屬部分
113B:彩色濾光片分隔網格
113B1:第一彩色部分
113B2:第二彩色部分
115:彩色濾光片區段
115GB:綠色/藍色濾光片區段
115R:紅色濾光片區段
120:彩色濾光片層
121:波導材料
121GB:頂表面
121R:頂表面
123A:波導分隔網格
123A1:第一波導部分
123A2,123A2’:第二波導部分
123A3:第三波導部分
123B:抗反射膜
130:光波導層
A-A’,B-B’,C-C’,D-D’,E-E’,F-F’:剖面線
CW:網格寬度
CW1:第一彩色寬度
CW2:第二彩色寬度
D:方向
MW1:第一金屬寬度
MW2:第二金屬寬度
P:正規像素
P1:附加正規像素
PDAF:自動對焦像素
ROI-1,ROI-2,ROI-3:區域
WW1:第一波導寬度
WW2,WW2’:第二波導寬度
WW3:第三波導寬度
以下將配合所附圖式詳述本揭露實施例。應注意的是，各種特徵部件並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，元件的尺寸可能經放大或縮小，以清楚地表現出本揭露實施例的技術特徵。
第1圖顯示根據本揭露一實施例之固態成像裝置的上視圖。
第2A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-1的部分平面圖。
第2B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-2的部分平面圖。
第2C圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-3的部分平面圖。
第3A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-1的部分剖面圖。
第3B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-2的部分剖面圖。
第3C圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-3的部分剖面圖。
第4A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-1的部分剖面圖。
第4B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-3的部分剖面圖。
第5A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-1的部分剖面圖。
第5B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-3的部分剖面圖。
第6A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-1的部分剖面圖。
第6B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-3的部分剖面圖。
第7A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-1的部分剖面圖。
第7B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的區域ROI-3的部分剖面圖。
第8A圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的部分剖面圖。
第8B圖繪示根據本揭露一些實施例的固態成像裝置的部分剖面圖。
200:固態成像裝置
101:基板
101B:背側表面
101F:前側表面
103:光電轉換元件
105:佈線層
107:高介電常數膜
109:緩衝層
111:金屬網格
113B:彩色濾光片分隔網格
115:彩色濾光片區段
115GB:綠色/藍色濾光片區段
115R:紅色濾光片區段
120:彩色濾光片層
121:波導材料
121GB:頂表面
121R:頂表面
123A:波導分隔網格
123A2:第二波導部分
123B:抗反射膜
130:光波導層
D:方向
ROI-2:區域
WW2:第二波導寬度
Claims (13)
- 一種固態成像裝置，具有一第一區域及圍繞該第一區域的一第二區域，該固態成像裝置包括： 一基板，具有複數個光電轉換元件； 一彩色濾光片層，設置於該基板之上並包括複數個彩色濾光片區段，該些彩色濾光片區段對應於該些光電轉換元件；以及 一光波導層，設置於該彩色濾光片層上方並包括一波導分隔網格、在該波導分隔網格的空隙中的一波導材料及在該波導分隔網格與該波導材料上的一抗反射膜， 其中該波導分隔網格的頂部的寬度大於該波導分隔網格的底部的寬度。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中該波導分隔網格在該第一區域中具有一第一波導部分，在該第二區域中具有對應於該第一波導部分的一第二波導部分，該第二波導部分的頂部的一第二波導寬度大於該第一波導部分的頂部的一第一波導寬度，且該第二波導寬度與該第一波導寬度的比例為1.05至1.3。
- 如請求項2之固態成像裝置，其中該些彩色濾光片區段包括複數個紅色濾光片區段及複數個綠色濾光片區段和/或藍色濾光片區段，該第一波導部分和該第二波導部分包圍對應於該些紅色濾光片區段的空間，且在該第二區域中，對應於該些紅色濾光片區段中的每個的波導材料的頂表面小於對應於該些綠色濾光片區段和/或藍色濾光片區段中的每個的波導材料的頂表面。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中該些光電轉換元件排列於複數個正規像素與複數個相位檢測自動對焦像素中，該些相位檢測自動對焦像素被該些正規像素所圍繞，該些相位檢測自動對焦像素中的每個對應於該些光電轉換元件中的至少兩個，且該些正規像素中的每個對應於該些光電轉換元件中的一個。
- 如請求項4之固態成像裝置，其中該彩色濾光片層更包括設置於該些彩色濾光片區段之間的一金屬網格，該金屬網格在該第一區域中具有一第一金屬部分，在該第二區域中具有對應於該第一金屬部分的一第二金屬部分，該第二金屬部分的一第二金屬寬度大於該第一金屬部分的一第一金屬寬度，且該第二金屬寬度與該第一金屬寬度的比例為1.2至1.75。
- 如請求項5之固態成像裝置，其中該第一金屬部分和該第二金屬部分對應於該些相位檢測自動對焦像素中的一個與圍繞該相位檢測自動對焦像素的該些正規像素之間的空間，且該些彩色濾光片區段覆蓋該些正規像素中的該第二金屬部分的一部分。
- 如請求項5之固態成像裝置，其中該第一金屬部分和該第二金屬部分對應於該些相位檢測自動對焦像素中的一個與圍繞該相位檢測自動對焦像素的該些正規像素之間的空間，該彩色濾光片層更包括設置於該些彩色濾光片區段之間與該金屬網格之上的一彩色濾光片分隔網格，且該彩色濾光片分隔網格具有小於該第二金屬部分的該第二金屬寬度的一網格寬度。
- 如請求項4之固態成像裝置，其中該波導分隔網格在該第一區域中具有一第一波導部分，在該第二區域中具有對應於該第一波導部分的一第二波導部分，且該第二波導部分的頂部的一第二波導寬度大於該第一波導部分的頂部的一第一波導寬度。
- 如請求項8之固態成像裝置，其中該第一波導部分和該第二波導部分對應於該些相位檢測自動對焦像素中的一個與圍繞該相位檢測自動對焦像素的該些正規像素之間的空間，該彩色濾光片層更包括設置於該些彩色濾光片區段之間的一彩色濾光片分隔網格，該些光電轉換元件進一步排列於複數個附加正規像素中，該些附加正規像素透過該些正規像素與該些相位檢測自動對焦像素分離，且在該第二區域中，對應於該些正規像素中的一個的該波導材料的頂表面小於對應於該些附加正規像素中的一個的該波導材料的頂表面。
- 如請求項4之固態成像裝置，其中該彩色濾光片層更包括設置於該些彩色濾光片區段之間的一彩色濾光片分隔網格，該彩色濾光片分隔網格在該第一區域中具有一第一彩色部分，在該第二區域中具有對應於該第一彩色部分的一第二彩色部分，且該第二彩色部分的底部的一第二彩色寬度小於該第一彩色部分的底部的一第一彩色寬度。
- 如請求項10之固態成像裝置，其中該第一彩色部分和該第二彩色部分對應於該些相位檢測自動對焦像素中的一個與圍繞該相位檢測自動對焦像素的該些正規像素之間的空間，且被該第二彩色部分所包圍的該些彩色濾光片區段中的一個的底表面大於被該第一彩色部分所包圍的該些彩色濾光片區段中的另一個的底表面。
- 如請求項4之固態成像裝置，其中該波導分隔網格在該第一區域中具有一第一波導部分，在該第二區域中具有對應於該第一波導部分的一第二波導部分，該第一波導部分的頂部的一第一波導寬度大於該第二波導部分的頂部的一第二波導寬度，且被該第一波導部分所包圍的該波導材料的頂表面小於被該第二波導部分所包圍的該波導材料的頂表面。
- 如請求項1之固態成像裝置，其中空隙中的該波導材料具有一輪廓，該輪廓包括矩形、三角形、弧形或其組合。
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