TW202247482A - 抑制串擾之影像感測器 - Google Patents

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Abstract

一種抑制串擾之影像感測器包括半導體基板、不透明層和光譜濾光器。半導體基板包括在其中的光電二極體，光電二極體位於半導體基板之一背表面之一曝光區域下方。不透明層位於背表面上，部分地覆蓋曝光區域，並且具有垂直於與背表面平行的一影像平面方向的不透明層厚度。光譜濾光器在影像平面方向上與不透明層相鄰，並部分地覆蓋曝光區域。

Description

抑制串擾之影像感測器
本發明涉及一種影像感測器之技術領域，特別是一種抑制串擾之影像感測器。
許多數位相機具有自動對焦能力。自動對焦可以是全自動的，使得相機識別場景中的實物並對焦在識別的實物上。在某些情況下，相機可能會決定那些實物比其他實物更重要，隨後對焦在更重要的實物上。可替代地，自動對焦可以利用指定場景的那個部分或哪些部分是感興趣的使用者輸入。基於此，自動對焦功能識別由用戶指定的場景的一個或多個部分內的實物，並將相機對焦在這些實物上。
自動對焦方法之一種類型是對比度自動對焦，其中相機調整成像物鏡以使場景的至少一個區域中的對比度最大化，從而使場景的該區域進入焦點。最近，相位檢測自動對焦（PDAF）因其比對比度自動對焦更快而受歡迎。相位檢測自動對焦通過比較穿過成像物鏡之一部分（例如左側部分）的光與穿過成像物鏡之另一部分（例如右側部分）的光來直接測量離焦的程度。除了捕獲影像的影像感測器之外，一些數位單透鏡反射式相機還包括專用的相位檢測感測器。
然而，此解決方案對於更緊湊及/或更便宜的相機是不可行的。因此，相機製造商正在開發具有晶片上的相位檢測的影像感測器。通過在影像感測器之像素陣列中包括所謂的PDAF像素，這些影像感測器，本文中的“PDAF影像感測器”，具有整合的相位檢測能力。這種PDAF像素之回應部分地取決於通過成像物鏡透射後入射在該像素上的照明方向。
PDAF影像感測器之一種類型包括多個部分遮蔽的像素。覆蓋像素的光接收表面之一遮蔽部分限制來自場景之可以到達該像素之光電二極體的照明角度。基於遮蔽位置，所得的部分遮蔽像素被配置為檢測僅從場景之四個區域中的一個傳播的照明，該四個區域為左側、右側、頂部或底部區域。這種PDAF影像感測器的缺點是由從PDAF像素之遮蔽反射並被相鄰像素檢測到的光引起的光學串擾。本文公開的實施例彌補了該缺陷。
在第一觀點之中，公開了一種抑制串擾之影像感測器。抑制串擾之影像感測器包括半導體基板、不透明層和光譜濾光器。半導體基板包括在其中的光電二極體，光電二極體位於半導體基板之背表面之曝光區域的下方。不透明層位於背表面上，部分地覆蓋曝光區域，並且具有垂直於與背表面平行之影像平面方向的不透明層厚度。光譜濾光器在影像平面方向上與不透明層相鄰，並且部分地覆蓋曝光區域。
在整個說明書中對“一個示例”或“一個實施例”的提及是指結合該示例描述的特定特徵、結構或特點包括在本發明的至少一個示例中。因此，在整個說明書中各處出現的短語“在一個示例中”或“在一個實施例中”不一定都是指代同一個示例。此外，在一個或多個示例中，可以以任何合適的方式組合特定的特徵、結構或特點。
為了便於描述，在本文中可以使用空間相對術語，諸如“在……下方”、“在……之下”、“下”、“在……下面”、“在……上方”、“上”等，以描述一個元件或特徵與其他一個或多個元件或特徵的關係，如圖所示。將理解的是，除了附圖中描繪的朝向之外，空間相對術語還意圖涵蓋裝置在使用或操作中的不同朝向。例如，如果附圖中的裝置被翻轉，那麼被描述為在其他元件或特徵“之下”或“下方”或“下面”的元件將被定向為在其他元件或特徵“上方”。因此，術語“在......之下”和“在......下面”可以涵蓋上方和下方兩個朝向。可以以其他方式將裝置定向（旋轉90度或以其他朝向），並相應地解釋本文中使用的空間相對描述語。此外，還將理解的是，當一個層被稱為在兩個層“之間”時，它可以是兩個層之間的唯一層，或者也可以存在一個或多個中間層。
半導體基板之術語可以是指由一種或多種半導體（諸如矽、矽-鍺、鍺、砷化鎵和本領域技術人員已知的其他半導體材料）形成的基板。半導體基板之術語也可以是指由一種或多種半導體形成的基板，該基板經歷了在基板中形成多個區域及/或多個接面（junctions）的先前製程步驟。半導體基板還可以包括各種特徵，諸如摻雜和未摻雜的半導體、矽的磊晶層以及在基板上形成的其他半導體結構。應當注意的是，在本發明中，元素名稱和符號可以互換使用（例如，Si與矽）；兩者具有完全相同的含義。
圖1圖示了示例性使用情景190中的具有PDAF像素之影像感測器100。影像感測器100實施在用於對場景150成像的相機180中。相機180可以是獨立式相機，或者可以是整合到諸如行動裝置、電腦、安全設備或機動車輛的設備中之相機模組。相機180利用影像感測器100的晶片上相位檢測能力來對焦在場景150上。當對焦時，相機180利用影像感測器100來捕獲場景150的對焦影像120，而不是散焦影像130。
圖2和3分別是抑制串擾之影像感測器200（在下文中稱為影像感測器200）之截面示意圖。影像感測器200是影像感測器100之一示例。圖2中圖示的截面平行於由正交方向D1和D3所形成的平面（在下文中稱為x-z平面），方向D1和D3中的每一個均與方向D2正交。圖3是在截面3–3’中的示意圖，該截面3–3’平行於x-y平面，如圖2所示。在本文中，x-y平面由正交方向D1和D2所形成，並且平行於x-y平面的平面被稱為橫向平面。方向D1和D2中的每一個均作為“影像平面方向”，因為它們平行於相機180之影像平面。除非另有規定，本文中實物的高度是指實物沿方向D3的範圍。在本文中，對方向x、y或z的提及分別是指方向D1、D2和D3。同樣在本文中，水平面是平行於x-y平面，長度和寬度是指對象沿x或y方向的範圍，並且垂直方向是沿z方向的。同樣在本文中，短語“沿方向”D是指在方向D上或在與方向D相反的180度的方向上，其中D是例如D1、D2或D3。
影像感測器200包括半導體基板210和不透明層250。半導體基板210包括在其中的光電二極體214陣列。不透明層250在光電二極體214(0)上方，光電二極體214(0)是光電二極體214中的一個。半導體基板210具有在水平面中的背表面219。
在一些實施例中，影像感測器200包括光譜濾光器陣列260，光譜濾光器陣列260包括多個光譜濾光器262。每個光譜濾光器262對準於相應的光電二極體214上方。在一些實施例中，光譜濾光器262包括基於拜耳圖案佈置的紅色、藍色和綠色濾光器。在實施例中，光譜濾光器262包括基於拜耳圖案配置的紅色、藍色和綠色以及紅外彩色濾光器。在一些實施例中，半導體基板210包括用於減少電串擾的多個深溝槽隔離結構212。每個深溝槽隔離結構212位於相應的一對相鄰光電二極體214之間。在一些實施例中，每個光譜濾光器262包括吸收某些電磁波長的染料及/或顏料，從而允許在與所吸收的波長互補的特定波長範圍內的光之透射。
在一些實施例中，影像感測器200包括不透明格柵240，該不透明格柵240形成多個互連的不透明環形格柵單元，每個互連的不透明環形格柵單元對準在光電二極體214中的相應一個之上。每個環形格柵單元之孔的形狀可以是多邊形的（例如，正方形的、矩形的、六邊形的）、圓形的、橢圓形的或其組合。圖2和圖3表示在方向D1和D2上的環形格柵單元之環形格柵區段的寬度242。寬度242例如是不透明格柵240之內表面341和外表面343之間的距離，如圖3所示。在一些實施例中，寬度242在0.04微米和0.20微米之間。在一些實施例中，未在圖2中顯示的氮化鈦膜在不透明格柵240之區段和介電層230之間。
圖3表示不透明格柵240之內表面243(1)。內表面243(1)對準於光電二極體214(1)上方，並形成不透明格柵240之矩形孔。在一些實施例中，不透明格柵240由金屬所形成。候選的金屬包括但不限於鋁、鎢以及包括鋁和鎢中的至少一種的合金。
在本文中，位於光電二極體214正上方的背表面219之每個部分表示為相應的曝光區域218。每個光電二極體214位於背表面219之相應的曝光區域218下方。每個光譜濾光器262位於相應的曝光區域218正上方。因此，每個曝光區域218之至少一部分在相應的光譜濾光器262和相應的光電二極體214之間。例如，曝光區域218(1)之至少一部分沿方向D3位於光譜濾光器262(1)和光電二極體214(1)之間。
在一些實施例中，影像感測器200還包括在光譜濾光器陣列260和半導體基板210之頂表面219之間的介電層220。介電層220可以由氧化物材料形成並且可以充當緩衝層以減輕應力並防止對半導體基板210的製程損壞。
在一些實施例中，影像感測器200還包括在頂表面219上的介電層230。當影像感測器200包括介電層220，介電層230可以完全覆蓋介電層220。介電層230在水平面上位於相鄰光譜濾光器262之間，並且在垂直方向上位於每個光譜濾光器262和頂表面219之間。在這樣的實施例中，不透明格柵240嵌入介電層230中。介電層230具有在介電層230中形成多個凹槽238的非平面頂表面239。移除光譜濾光器262(9)之一部分以圖示一個凹槽238。每個凹槽238具有寬度217，在實施例中寬度217也是曝光區域218(0)之寬度，使得曝光區域218(0)之週邊區域不位於其正下方的光電二極體214正上方。在一些實施例中，介電層230之折射率小於光譜濾光器262之折射率。在一些實施例中，介電層230是由諸如二氧化矽的氧化物材料形成的。
影像感測器200包括PDAF感測器元件202，該PDAF感測器元件202包括表示為光電二極體214(0)之光電二極體214。雖然截面3–3’不與半導體基板210相交，但圖3為了說明的目的描繪了光電二極體214(0)。不透明格柵240包括內表面243(0)，該內表面243(0)形成與光電二極體214(0)對準的孔，並在光電二極體214(0)上方定義曝光區域218(0)。PDAF感測器元件202包括位於背表面219上的不透明層250，使得不透明層250部分地覆蓋曝光區域218(0)。不透明層250阻擋向曝光區域218(0)傳播的光之一部分到達光電二極體214(0)。由於不透明層250部分地覆蓋曝光區域218(0)，所以光電二極體214(0)檢測到的入射光僅是入射在未被不透明層250覆蓋的曝光區域218(0)之一部分上的光。不透明層250沿方向D1和D3分別具有寬度252和厚度254。寬度252超過形成不透明格柵240的格柵區段之寬度242。
在一些實施例中，不透明層250與不透明格柵240單體地（monolithically）形成。在這樣的實施例中，內表面243(0)包括不透明層250之側表面255，使得不透明格柵240包括由表面243(0)和側表面255形成的封閉的環形格柵單元。在一些實施例中，不透明層250是金屬層，其中金屬可以是鋁、鎢或包括鋁和鎢中的至少一種的合金。在一些實施例中，在圖2中未顯示的氮化鈦膜位於不透明層250之格柵區段和介電層230之間，以及在不透明格柵240之格柵區段和介電層230之間，以增強其間的材料結合強度或粘合性。
不透明格柵240具有厚度244，該厚度244在一些實施例中為0.05微米和0.25微米之間。在一些實施例中，寬度242和厚度244中之至少一個超過進入格柵的光之穿透深度δ=λ 0/(πκ)，其中λ 0是在0.40微米和0.75微米之間的自由空間電磁波長，並且κ是形成不透明格柵240的材料之折射率（在λ 0處）的虛部。
圖2描繪了入射在PDAF感測器元件202上的傾斜光線291（例如，紅光）。具體地，傾斜光線291入射在不透明層250之側表面255上，不透明層250之側表面255反射傾斜光線291以朝向在光譜濾光器262(5)下方對準的相鄰光電二極體214(5)。這種反射導致光學串擾。雖然相鄰光電二極體214之間的深溝槽隔離結構212可以減少這種串擾，但它不能消除該串擾。
圖4和圖5分別是抑制串擾之影像感測器400（在下文中稱為影像感測器400）之截面示意圖。圖5是圖4中所示的示例性水平截面5–5’中之示意圖。
影像感測器400是包括光譜濾光器470之影像感測器200的示例。影像感測器400包括至少一個PDAF感測器元件402，PDAF感測器元件402是增加了光譜濾光器470的PDAF感測器元件202之示例。在一些實施例中，影像感測器400包括佈置在各處的多個PDAF感測器元件402，這使得相機180能夠基於來自影像感測器400之選定區域中的PDAF感測器元件之信號而調整其焦點，並且因此基於在其上成像的場景150之選定區域調整其焦點。
光譜濾光器470沿方向D1與不透明層250相鄰並且部分地覆蓋曝光區域218(0)。在一些實施例中，光譜濾光器470鄰接不透明層250。光譜濾光器470吸收傾斜光線291，從而防止由側表面255反射傾斜光線291引起的串擾。
光譜濾光器470分別具有沿方向D1和D3的寬度472和厚度474。在一些實施例中，厚度474等於或超過不透明層250之厚度254，這使得光譜濾光器470能夠吸收向側表面255傳播的光。當厚度474等於厚度254時，向側表面255之上部傳播的傾斜光線僅需要透過光譜濾光器470之頂表面479傳播，因此透過光譜濾光器470傳播的距離小於寬度472。在這種情況下，光譜濾光器470可能不會充分衰減光線，使得部分衰減的光在從側表面255反射之後引起光學串擾。因此，厚度474超過厚度254的附加益處是保證光譜濾光器470充分衰減所述傾斜光線。
不透明層250具有寬度252，其中寬度256沿方向D1覆蓋曝光區域218(0)。當影像感測器400包括介電層230，寬度252可以以覆蓋不透明層250的介電層230沿方向D1之厚度而超過寬度256。在一些實施例中，寬度256等於寬度252。
在一些實施例中，光譜濾光器470沿方向D1的寬度472小於寬度252，使得曝光區域218(0)之足夠區域是未曝光的（unexposed），因此能夠檢測光，使得PDAF感測器元件202可以提供用於影像感測器400之PDAF能力的資料。在一些實施例中，曝光區域218(0)上的不透明層250和光譜濾光器470之組合寬度，即寬度256加上寬度472，在曝光區域218(0)沿方向D1的寬度217之二分之一和四分之三之間。在一些實施例中，當曝光區域218(0)之寬度等於1.0微米，不透明層250之寬度256在0.35微米和0.45微米之間，並且光譜濾光器470之寬度472在0.15微米和0.25微米之間。
由於傾斜光線291透過光譜濾光器層470傳播兩次，因此光譜濾光器層470之寬度472可以小於具有相同透射光譜的光譜濾光器262之厚度264。在一些實施例中，光譜濾光器470之寬度472在光譜濾光器262之厚度264的三分之一和二分之一之間。在一些實施例中，厚度264在0.1微米和1.0微米之間。
在一些實施例中，影像感測器400包括在不透明層250之頂表面上的介電層450。介電層450有利於在凹槽238的上方形成微透鏡，該凹槽238位於光電二極體214(0)上方、由介電層230形成。介電層450具有頂表面459。不透明層250具有底表面251。光譜濾光器470之厚度474大於或等於底表面251和介電層450之頂表面459之間的距離。在一些實施例中，厚度474等於光譜濾光器262之厚度264，這有利於彩色濾光器陣列260的製造。在一些實施例中，頂表面459與底下至少一個共平面，（i）介電層230之頂表面239之溝槽間區域和（ii）光譜濾光器262之頂表面269。在一些實施例中，頂表面239之溝槽間區域與頂表面269共平面。
在一些實施例中，介電層230覆蓋不透明柵格240之柵格區段中的每一個和不透明層250。在一些實施例中，介電層230包括在不透明層250和光譜濾光器470之間的薄層232，如圖5所示。在這樣的實施例中，介電層230透過在光譜濾光器形成製程期間防止對格柵段和不透明層250的製程損壞，以提供對不透明格柵240之格柵區段的保護。在一些實施例中，介電層230在不透明格柵240之格柵區段的側面上塗佈薄層。當介電層230包括薄層232，曝光區域218(0)上的不透明層250、薄層232和光譜濾光器470之組合寬度在曝光區域218(0)沿方向D1之寬度217的二分之一和四分之三之間。
在一些實施例中，介電層230之塗佈部分在方向D1上的寬度W 1小於在方向D1和D2之至少一個上的格柵區段之寬度242，例如至少小了30%。在一個示例中，寬度242在100奈米和250奈米之間，而寬度W 1在30奈米和75奈米之間。
在一些實施例中，光譜濾光器470設置為與不透明層250直接相鄰，亦即，例如如圖4的示意圖所示，在其間未形成諸如介電層230之薄層232的材料。雖然影像感測器400之一些實施例包括薄層232，但為了清楚地說明，圖4未圖示薄層232。
光譜濾光器470和光譜濾光器262中的每一個均具有相應的光譜通帶。在一些實施例中，在與光電二極體214(0)相鄰的光電二極體214上方的光譜濾光器262(1)和262(2)之至少一個的通帶不同於光譜濾光器470之通帶。在一些實施例中，每個光譜濾光器262是紅色、藍色和綠色光譜濾光器中的一種，使得光譜濾光器262可以在半導體基板210上形成拜耳圖案（Bayer pattern）。在一些實施例中，光譜濾光器470是中性密度濾光器和藍色光譜濾光器中的一種，並且光譜濾光器262(1–8)中的每一個是綠色光譜濾光器和紅色光譜濾光器中的一種。藍色光譜濾光器具有跨越可見電磁光譜之一區域的通帶，該光譜例如在0.45微米和0.49微米之間的自由空間波長。在一些實施例中，光譜濾光器470包括染料及/或顏料，其可以比其他波長（諸如紅光和綠光）更有效地吸收某些波長（諸如藍光）的光，從而允許在與所吸收的波長互補的某些波長範圍內的光透射。在一些實施例中，光譜濾光器470具有如在比爾-朗伯定律（Beer–Lambert law）中使用的衰減係數，該衰減係數在0.45微米和0.49微米之間的自由空間波長比在其他可見波長（例如，在0.49微米和0.75微米之間）還大。
光譜濾光器470（在一些實施例中）是藍色光譜濾光器之益處在於它高效地衰減更長可見波長的光，諸如紅光和綠光，其中每一個均在矽中比藍光傳播更遠，因此有助於更多的串擾。在一些實施例中，光譜濾光器470能夠兩次過濾或吸收入射的雜散光（例如，傾斜光線291），一次是當雜散光通過光譜濾光器470而朝向不透明層250傳播時，另一次是在不透明層250將雜散光反射之後經反射的雜散光通過光譜濾光器傳播時，從而減少光學串擾。此外，在一些實施例中，光譜濾光器262包括多個藍色光譜濾光器，使得光譜濾光器470可以由與這些藍色光譜濾光器262相同的濾光器材料形成，並以與這些藍色光譜濾光器262相同的微影製程來製造，這簡化了製造程序並降低了製造成本。
在一些實施例中，影像感測器400包括封閉的環形格柵單元440，該環形格柵單元440包括不透明層250。環形格柵單元440位於背表面219上，對準光電二極體214(0)上方，並在光電二極體214(0)上定義曝光區域218(0)。不透明層250之一部分突出到封閉的環形格柵單元之孔中。圖5表示環形格柵單元440之內表面443(0)，其與不透明層250之側表面255形成環形格柵單元440之孔。在一些實施例中，不透明層250與環形格柵單元440單體地形成。
在一些實施例中，影像感測器400還包括在背表面219上並在光電二極體214(5)上方對準的相鄰不透明環形格柵單元445。環形格柵單元445在方向D1和D2中的每一個上具有寬度242。環形格柵單元440和445共用沿方向D2延伸的公共格柵區段441。在一些實施例中，環形格柵單元440由鋁、鎢及其任意組合中的一種形成。在一些實施例中，影像感測器400包括不透明格柵240，使得環形格柵單元440和445中的每一個均是不透明格柵240之相應的格柵單元。
圖6是抑制串擾之影像感測器600（在下文中稱為影像感測器600）之示例性截面示意圖。圖5之截面視圖還表示在圖6所示的截面5–5’中的影像感測器600。影像感測器600是包括光譜濾光器662和介電層630之影像感測器400的示例。介電層630具有厚度634並且是介電層230的示例。每個光譜濾光器662是光譜濾光器262的示例，並且具有厚度264。
影像感測器600和影像感測器400之間的主要區別在於其介電層（介電層630）沿方向D3比其光譜濾光器662更薄。也就是說，介電層630之厚度634小於光譜濾光器662之厚度264。因此，影像感測器600還包括光譜濾光器670，光譜濾光器670與影像感測器400之光譜濾光器470一樣，覆蓋不透明層250之側表面255，同時還覆蓋不透明層250之頂表面。影像感測器600包括在不透明層250之頂表面上的介電層650。介電層650是介電層450的示例，具有頂表面659，並且可以是介電層630之一部分。頂表面659之溝槽間區域可以與介電層630之頂表面639共平面。光譜濾光器670覆蓋頂表面659。
在一些實施例中，塗佈在不透明格柵240之格柵區段之側面上的介電層630之寬度，在方向D1和D2中的至少一個上小於不透明格柵240之每個格柵區段在相應方向D1和D2上的寬度。
光譜濾光器670具有厚度674和頂表面679。在一些實施例中，厚度674等於光譜濾光器262之厚度264，使得頂表面679與光譜濾光器262之頂表面269共平面。這種共面性有利於在其上製造附加的層，諸如下文討論的微透鏡陣列。在一些實施例中，光譜濾光器670覆蓋不透明層250，使得指向相應的光電二極體214的入射光在到達不透明層250之頂表面259之前被光譜濾光器670所衰減。這種衰減減少了由頂表面259反射出的光所引起的串擾。
圖6表示PDAF感測器元件602，其係PDAF感測器元件402的示例。在一些實施例中，影像感測器600包括佈置在各處的多個PDAF感測器元件602，這使得相機180能夠基於來自影像感測器600之選定區域中的PDAF感測器元件的信號而調整其焦點，並且因此基於在其上成像的場景150之選定區域而調整其焦點。
圖7是抑制串擾之影像感測器700（在下文中稱為影像感測器700）之截面示意圖，影像感測器700是影像感測器400在曝光區域218(0)上增加了透明層760。光譜濾光器470沿方向D1位於透明層760和不透明層250之間。當影像感測器700包括格柵區段441，透明層760沿方向D1位於光譜濾光器470和格柵區段441之間。影像感測器700還包括介電層750，介電層750是介電層450的示例，其中不透明層250和介電層750之組合厚度等於光譜濾光器262之厚度264。
在一些實施例中，影像感測器700包括在透明層760上以及在不透明層250和光譜濾光器470中的每一個上方的微透鏡780(0)。微透鏡780(0)對準以將入射在其上的光引導到光電二極體214(0)。在一些實施例中，透明層760和微透鏡780(0)由相同的材料形成，並且還可以單體地形成。在一些實施例中，透明層760和微透鏡780由折射率小於光譜濾光器470的折射率之材料（諸如聚合物）所形成。在一些實施例中，影像感測器700包括附加的微透鏡780，每個附加的微透鏡780對準相應的光電二極體214上方，以形成微透鏡陣列780A。在一些實施例中，並且當影像感測器700包括多個光譜濾光器262和多個PDAF感測器元件402，每個微透鏡780對準光譜濾光器262或光譜濾光器470上方。在一些實施例中，微透鏡陣列780A在其上具有可充當抗反射塗層之塗層，諸如氧化物塗層。
圖8是抑制串擾之影像感測器800（在下文中稱為影像感測器800）之截面示意圖，影像感測器800是影像感測器600在曝光區域218(0)上增加了透明層860。光譜濾光器670之一部分沿方向D1位於透明層860和不透明層250之間。透明層860是透明層760的示例。當影像感測器800包括格柵區段441，透明層860之一部分沿方向D1位於光譜濾光器670和格柵區段441之間。
在一些實施例中，影像感測器800包括在透明層860上以及在不透明層250和光譜濾光器470中的每一個上方的微透鏡780(0)。微透鏡780(0)對準以將入射在其上的光引導至光電二極體214(0)。在一些實施例中，影像感測器800包括微透鏡陣列780A。每個微透鏡780對準光譜濾光器662或光譜濾光器670上方，光譜濾光器662或光譜濾光器670在相應的光電二極體214上方對準。在一些實施例中，透明層860和微透鏡780(0)由相同材料所形成，並且還可以單體地形成。
圖9是影像感測器900之矩形截面的截面示意圖，影像感測器900是圖4和圖5的抑制串擾之影像感測器400的示例。圖9是圖4所示的示例性水平截面5–5’中之示意圖。影像感測器900包括介電層230、不透明格柵940和多個光譜濾光器961–963。每個光譜濾光器961–963是光譜濾光器262的示例，並且共同形成光譜濾光器陣列。在一些實施例中，每個光譜濾光器961、962和963分別是紅色光譜濾光器、綠色光譜濾光器和藍色光譜濾光器，因此形成拜耳圖案。在一些實施例中，光譜濾光器961、962和963被佈置用於正常影像像素，其中光譜濾光器961、962和963下方的光電二極體被配置用於影像信號檢測。在一些實施例中，光譜濾光器950(1)和950(2)被佈置為PDAF感測像素，其中光譜濾光器950(1)和950(2)下方的光電二極體被配置為檢測光之左部分和右部分，以用於相位差檢測。
不透明格柵940是不透明格柵240的示例，並且包括第一不透明層950(1)和第二不透明層950(2)，它們中的每一個均是不透明層250的示例。影像感測器900還包括分別與不透明層950(1)和950(2)相鄰的光譜濾光器970(1)和970(2)，其係光譜濾光器470之示例。分別定義負x方向和正x方向以及左和右，光譜濾光器970(1)在不透明層950(1)之右側，而光譜濾光器970(2)在不透明層950(2)之左側。在一些實施例中，光譜濾光器970(1)和970(2)是光譜濾光器670之示例，因此分別覆蓋不透明層950(1)和950(2)。
特徵組合
以上描述的特徵以及以下申請專利範圍中的特徵可以在不脫離本發明的範圍的情況下以各種方式組合。以下列舉的示例說明了一些可能的、非限制性的組合。
（A1）一種抑制串擾之影像感測器，包括半導體基板、不透明層和光譜濾光器。半導體基板包括在其中的一光電二極體，光電二極體位於半導體基板之一背表面之一曝光區域下方。不透明層在背表面上，部分地覆蓋該曝光區域，並且具有垂直於與該背表面平行的一影像平面方向的不透明層厚度。光譜濾光器在影像平面方向上與不透明層相鄰，並部分地覆蓋曝光區域。
（A2）在影像感測器（A1）的實施例中，光譜濾光器鄰接不透明層。
（A3）在影像感測器（A1）和（A2）中任一種的實施例中，光譜濾光器具有等於或超過不透明層厚度之濾光器厚度。
（A4）在影像感測器（A1）–（A3）中任一種的實施例中，光譜濾光器之寬度小於不透明層在影像平面方向上的寬度。
（A5）在影像感測器（A4）的實施例中，不透明層和光譜濾光器之一組合寬度在影像平面方向上為該曝光區域之寬度的二分之一和四分之三之間。
（A6）影像感測器（A1）–（A5）中任一種的實施例，更包括在不透明層之頂表面上的介電層。光譜濾光器之一濾光器厚度大於或等於不透明層之底表面和介電層之頂表面之間的距離。
（A7）在影像感測器（A6）的實施例中，光譜濾光器覆蓋介電層之頂表面。
（A8）影像感測器（A1）–（A7）中任一種的實施例，更包括一封閉的環形格柵單元，該封閉的環形格柵單元包括不透明層，位於背表面上並對準光電二極體上方，該不透明層之一部分突出到封閉的環形格柵單元之一孔中。
（A9）在影像感測器（A8）的實施例中，半導體基板包括與光電二極體相鄰的一相鄰光電二極體，該相鄰光電二極體位於與曝光區域相鄰的該被表面之一相鄰曝光區域的下方。這樣的實施例更包括相鄰光譜濾光器，覆蓋相鄰曝光區域並具有與光譜濾光器相同的厚度。
（A10）在影像感測器（A9）的實施例中，光譜濾光器之一通帶不同於相鄰光譜濾光器之一通帶。
（A11）在影像感測器（A10）的實施例中，光譜濾光器是中性密度濾光器和藍色光譜濾光器中的一種；相鄰光譜濾光器是綠色光譜濾光器和紅色光譜濾光器中的一種。
（A12）影像感測器（A9）–（A11）中任一種的實施例，更包括在背表面上的相鄰不透明環形格柵單元，相鄰不透明環形格柵單元對準相鄰光電二極體的上方，並且相鄰不透明環形格柵單元在其內表面和內表面之間以及在影像平面方向上的寬度小於不透明層之寬度。
（A13）在影像感測器（A12）的實施例中，相鄰不透明環形格柵單元和不透明層由相同的材料所形成。
（A14）影像感測器（A12）和（A13）中任一種的實施例，更包括光電二極體陣列和互連的不透明環形格柵單元的不透明格柵。光電二極體陣列在半導體基板中並且包括光電二極體和相鄰光電二極體。不透明格柵是互連的不透明環形格柵單元的格柵，每個互連的不透明環形格柵單元對準光電二極體陣列之一相應光電二極體之上。互連的不透明環形格柵單元包括封閉的環形格柵單元和相鄰不透明環形格柵單元。這樣的實施例更包括覆蓋不透明格柵和不透明層的介電層。介電層之一部分位於光譜濾光器和不透明層之間。
（A15）影像感測器（A1）–（A14）中任一種的實施例，更包括在曝光區域上的透明層，光譜濾光器在影像平面方向上位於透明層和不透明層之間。
（A16）影像感測器（A15）的實施例，更包括微透鏡，在透明層上且在不透明層和光譜濾光器中的每一個上方。
（A17）在影像感測器（A16）的實施例中，微透鏡和透明層是單體的。
（A18）在影像感測器（A1）–（A17）中任一種的實施例中，不透明層是金屬層。
（A19）在影像感測器（A1）–（A18）中任一種的實施例中，不透明層由鋁和鎢之一所形成。
（A20）在影像感測器（A1）–（A19）中任一種的實施例中，光譜濾光器是中性密度濾光器和藍色光譜濾光器中的一種。
（A21）在影像感測器（A1）–（A20）中任一種的實施例中，光譜濾光器包括吸收藍光比吸收綠光和紅光更有效的材料，諸如染料或顏料。
在不脫離本發明範圍的情況下，可以在上述方法和系統中進行改變。因此應當注意的是，以上描述中包含或附圖中所示的內容應當被解釋為是說明性的，而不是限制性的。在本文中，除非另有說明，否則短語“在一實施例中”等同於短語“在某些實施例中”，並不指代所有實施例。以下申請專利範圍旨在覆蓋本文所述的所有一般和具體特徵，以及本方法和系統的範圍的所有陳述，就語言而言，可以認為其介於兩者之間。
100,200,400,600,700,800,900:影像感測器 120:對焦影像 130:散焦影像 150:場景 180:相機 190:使用情景 202,402,602:PDAF感測器元件 210:半導體基板 212:深溝槽隔離結構 214,214(0),214(1),214(5):光電二極體 217,242,252,472:寬度 218,218(0),218(1),218(5):曝光區域 219:背表面 220,230,450,630,650,750:介電層 232:薄層 238:凹槽 239,269,459,479,639,659,679:頂表面 240,940:不透明格柵 243,243(0),243(1),341:內表面 244,254,264,474,634,674:厚度 250:不透明層 255:側表面 260:光譜濾光器陣列 262,262(1),262(2),262(3),262(4),262(5),262(6),262(7),262(8),262(9),470,662,662(1),662(5),662(9),670,950(1),950(2),961,962,963,970(1),970(2):光譜濾光器 291:傾斜光線 343:外表面 440,445:環形格柵單元 441:格柵區段 760,860:透明層 780,780(0),780(A):微透鏡
［圖1］圖示了示例性使用情景中的影像感測器及其像素陣列。
［圖2］和［圖3］分別是第一抑制串擾之影像感測器之截面示意圖，該第一抑制串擾之影像感測器是圖1的影像感測器之示例。
［圖4］和［圖5］分別是第二抑制串擾之影像感測器之截面示意圖，該第二抑制串擾的影像感測器是圖2的影像感測器之示例。
［圖6］是第三抑制串擾之影像感測器之截面示意圖，該第三抑制串擾之影像感測器是圖4和圖5的影像感測器之一實施例。
［圖7］是第四抑制串擾之影像感測器之截面示意圖，該第四抑制串擾之影像感測器是圖4的影像感測器之一實施例。
［圖8］是第五抑制串擾之影像感測器之截面示意圖，該第五抑制串擾之影像感測器是圖6的影像感測器之一實施例。
［圖9］是圖4和圖5的抑制串擾之影像感測器之一實施例的矩形截面之平面圖。
200:影像感測器
202:PDAF感測器元件
210:半導體基板
212:深溝槽隔離結構
214,214(0),214(1),214(5):光電二極體
217,252:寬度
218(0),218(1),218(5):曝光區域
219:背表面
220,230:介電層
238:凹槽
239,269:頂表面
240:不透明格柵
244,254,264:厚度
250:不透明層
255:側表面
260:光譜濾光器陣列
262(1),262(5),262(9):光譜濾光器
291:傾斜光線

Claims (20)

  1. 一種抑制串擾之影像感測器，包括： 半導體基板，包括在其中的一光電二極體，該光電二極體位於該半導體基板之一背表面之一曝光區域下方； 不透明層，於該背表面上，該不透明層部分地覆蓋該曝光區域，並且具有不透明層厚度垂直於與該背表面平行的一影像平面方向；以及 光譜濾光器，在該影像平面方向上相鄰於該不透明層，該光譜濾光器部分地覆蓋該曝光區域。
  2. 根據請求項1所述的抑制串擾之影像感測器，其中該光譜濾光器鄰接該不透明層。
  3. 根據請求項1所述的抑制串擾之影像感測器，其中該光譜濾光器具有等於或超過該不透明層厚度之濾光器厚度。
  4. 根據請求項1所述的抑制串擾之影像感測器，其中該光譜濾光器之寬度小於該不透明層在該影像平面方向上的寬度。
  5. 根據請求項4所述的抑制串擾之影像感測器，其中該不透明層和該光譜濾光器之一組合寬度在該影像平面方向上為該曝光區域之寬度的二分之一和四分之三之間。
  6. 根據請求項1所述的抑制串擾之影像感測器，更包括該不透明層之頂表面上的介電層，該光譜濾光器之一濾光器厚度大於或等於該不透明層之底表面和該介電層之頂表面之間的距離。
  7. 根據請求項6所述的抑制串擾之影像感測器，其中該光譜濾光器覆蓋該介電層之該頂表面。
  8. 根據請求項1所述的抑制串擾之影像感測器，更包括一封閉的環形格柵單元，該封閉的環形格柵單元包括該不透明層，位於該背表面上並對準該光電二極體上方，該不透明層之一部分突出到該封閉的環形格柵單元之一孔中。
  9. 根據請求項8所述的抑制串擾之影像感測器，其中該半導體基板包括與該光電二極體相鄰的一相鄰光電二極體，該相鄰光電二極體位於與該曝光區域相鄰的該背表面之一相鄰曝光區域的下方，並且該影像感測器更包括： 相鄰光譜濾光器，覆蓋該相鄰曝光區域並具有與該光譜濾光器相同的厚度。
  10. 根據請求項9所述的抑制串擾之影像感測器，其中該光譜濾光器之一通帶不同於該相鄰光譜濾光器之一通帶。
  11. 根據請求項10所述的抑制串擾之影像感測器，其中該光譜濾光器是中性密度濾光器和藍色光譜濾光器中的一種，該相鄰光譜濾光器是綠色光譜濾光器和紅色光譜濾光器中的一種。
  12. 根據請求項9所述的抑制串擾之影像感測器，更包括： 相鄰不透明環形格柵單元，於該背表面上，對準該相鄰光電二極體的上方，並且該相鄰不透明環形格柵單元在其內表面和外表面之間以及在該影像平面方向上的寬度小於該不透明層之寬度。
  13. 根據請求項12所述的抑制串擾之影像感測器，其中該相鄰不透明環形格柵單元和該不透明層由相同的材料所形成。
  14. 根據請求項12所述的抑制串擾之影像感測器，更包括： 光電二極體陣列，於該半導體基板中，該光電二極體陣列包括該光電二極體和該相鄰光電二極體； 互連的不透明環形格柵單元之不透明格柵，每個該互連的不透明環形格柵單元對準該光電二極體陣列之一相應光電二極體之上，該互連的不透明環形格柵單元包括該封閉的環形格柵單元和該相鄰不透明環形格柵單元；以及 介電層，覆蓋該不透明格柵和該不透明層，該介電層包括一部分位於該光譜濾光器和該不透明層之間。
  15. 根據請求項1所述的抑制串擾之影像感測器，更包括透明層，於該曝光區域上，其中該光譜濾光器在該影像平面方向上位於該透明層和該不透明層之間。
  16. 根據請求項15所述的抑制串擾之影像感測器，更包括微透鏡，在該透明層上且在該不透明層和該光譜濾光器中的每一個上方。
  17. 根據請求項16所述的抑制串擾之影像感測器，其中該微透鏡和該透明層是單體的。
  18. 根據請求項1所述的抑制串擾之影像感測器，其中該不透明層是金屬層。
  19. 根據請求項1所述的抑制串擾之影像感測器，其中該不透明層由鋁和鎢之一所形成。
  20. 根據請求項1所述的抑制串擾之影像感測器，其中該光譜濾光器是中性密度濾光器和藍色光譜濾光器中的一種。
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