TW202332029A - 包括可見光和近紅外感測器的像素陣列的反向結構設計 - Google Patents

包括可見光和近紅外感測器的像素陣列的反向結構設計 Download PDF

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Abstract

提供了一種像素陣列，包括可見像素和近紅外（near-infrared，NIR）像素，可見像素被配置為接收可見光，而NIR像素被配置為接收NIR光。像素陣列更包括設置在可見光和NIR像素之間的隔離結構，其中隔離結構具有小於或等於第二高度的第一高度，第二高度是第一像素及第二像素的高度。像素陣列還包括形成於NIR像素上方的多個反向結構，但不形於可見像素上方。像素陣列還包括至少一抗反射層，抗反射層形成於可見像素和NIR像素的頂面。

Description

包括可見光和近紅外感測器的像素陣列的反向結構設計
本申請為2022年11月18日提交的台灣專利申請號111144203的補正中文本，所述申請在此通過引用併入本文並且構成說明書的一部分。
像素陣列可以包括多個像素，例如對電磁光譜可見部分的光敏感的可見像素，及對電磁光譜近紅外部分的光敏感的近紅外（near-infrared，NIR）像素。通常情況下，可見像素和NIR像素包括一個矽光電二極體。眾所周知，矽對可見波長和NIR波長的光都有很高的折射率。為了減少由於矽的高折射率而產生的反射，可以在矽表面的頂部塗上一層抗反射（anti-reflection，AR）層。
對於一些近紅外情況，最好是增加NIR光的吸收。增加矽光電二極體對NIR光吸收的一種技術是在矽界面上製造一波長尺度散射結構的陣列。例如，可以使用蛾眼結構，如倒金字塔，這可以通過增加近紅外光的路徑來增加矽光電二極體內部對NIR光的吸收。
然而，上述技術有其缺點。這些缺點包括像素內的串擾增加。舉例來說，未被吸收的NIR光可以進入到隔離結構（例如，隔離壁或溝槽隔離或背面深溝隔離（backside deep trench isolation，BDTI）結構）下的相鄰像素，分離陣列中的像素，特別是當溝槽與像素的高度不一致時（例如，對於部分BDTI結構）。在另一個例子中，從金屬互連和其他由電介質材料製成的隔離結構（如淺溝隔離（shallow trench isolation，STI））上反射的光可以進入鄰近的像素。在另一個例子中，通過散射層傳送的光也可以通過隔離結構，並進入鄰近的像素，散射層會以小於隔離結構所形成的材料與像素的矽之間的臨界角的角度入射至隔離結構。這些和其他的缺點是存在的。
以下是本技術的一些方面的非窮盡性列表。本揭露說明了這些和其他方面。
一些方面包括像素陣列，包括：一第一像素，被配置為接收可見光；一第二像素，被配置為接收近紅外（near-infrared，NIR）光；一隔離結構（例如，背面深溝隔離（backside deep trench isolation，BDTI）結構），設置在第一像素和第二像素之間，其中隔離結構的第一高度小於或等於第二高度，第二高度是第一像素或第二像素的高度；複數個反向結構，形成於第二像素上方，其中反向結構未形成於第一像素上方；以及至少一個抗反射層，形成於第一像素及第二像素的頂面。
一些方面包括一個影像處理設備，包括一個或多個像素陣列，例如上述的像素陣列。
一些方面包括一個系統，包括一個或多個像素陣列，例如上述的像素陣列。
為了解決上述問題，發明人不僅必須發明解決方案，在某些情況下同樣重要的是，還必須認識到其他記憶體裝置中忽略（或尚未預見）的問題。事實上，發明人強調認識這些問題的困難，這些問題將在未來如果產業趨勢按照發明人的預期繼續發展，將變得更加明顯。此外，由於解決了多個問題，因此應理解一些實施方案是特定於問題的，並且不是所有實施方案都解決了本文中描述的傳統系統的所有問題或提供了本文中描述的所有優點。也就是說，以下揭露了解決這些問題的各種組合的改進方法。
一些像素陣列可以包括一個或多個被配置為檢測在電磁光譜中可見部分（例如300- 700納米）的光的像素，以及包括一個或多個被配置為檢測在電磁光譜中近紅外（near -infrared，NIR）部分（ 例如700-1000納米）的光的像素。在一些情況下，NIR像素可以被配置為檢測850納米的光、940納米的光、其他近紅外波長的光，或其組合。
CMOS影像感測器（CMOS image sensor，CIS）可包括一個或多個矽光電二極體。矽的折射率很大，特別是在NIR波段。舉例來說，對於850納米的NIR光，矽的折射率約為3.8，而對於940納米的NIR光，矽的折射率約為3.7。為了減少由於矽的高折射率造成的反射量，從而增加對NIR光的吸收量，可以在矽的上表面塗上一層抗反射層。抗反射層可以由一個或多個電介質材料層形成。
另一項用來增加NIR光吸收的技術是在矽介面上製造波長尺度散射結構的陣列。波長尺度 散射結構的一個例子是三維（three-dimensional，3D）金字塔結構，例如3D倒金字塔結構。波長尺度散射結構可以用來增加在矽光電二極體中的入射NIR光的路徑，藉以增加NIR像素對NIR光的吸收。然而，波長尺度散射結構也會導致NIR像素和其鄰近的可見像素之間的串擾增加。有幾個因素導致串擾的增加：(i)未被吸收的光可以在分隔NIR像素和其相鄰像素的隔離結構下進入到鄰近的像素，特別是當隔離結構是一個不延伸到像素底部的部分隔離結構；(ii)從像素的矽外延層的底部的金屬互連及STI上反射的光可以進入相鄰的像素；以及(iii) 透過散射層傳送的光，會以小於隔離結構的材料（例如，用於BDTI結果的SiO2）和矽之間的臨界角的角度入射到隔離結構上，因此可以進入鄰近的像素，因為隔離結構可能無法為相鄰的像素提供有效的隔離。
如本文所述，散射層可設置在像素的上半部。散射層可包括反向結構的陣列。反向結構可以是各種形狀，例如，但不限於，這並不意味著其他列表是限制性的，倒金字塔結構、倒錐形結構、倒圓柱形結構、倒多邊形結構、倒正弦波結構或其他形狀，或其組合。如本文所述，倒金字塔結構陣列（inverted pyramid structure array，IPSA）包括多個3D倒金字塔結構。
如本文所述，背面深溝隔離（backside deep trench isolation，BDTI）結構或深溝隔離（deep trench isolation，DTI）結構作為兩個相鄰像素之間的隔離結構。BDTI結構或DTI結構各自可用於減少光學串擾、電子串擾或兩者。每個隔離結構可以包括一個或多個定義隔離結構的隔離壁
如本文所述，散射層（例如，IPSA）可以包括抗反射塗層。此外，BDTI結構、DTI結構或兩者都可以包括與散射層相同或類似的抗反射塗層。抗反射塗層可以包括單個抗反射層或多個抗反射層。舉例來說，抗反射塗層可以包括一個或多個層（例如，2~5層）。抗反射塗層可以由金屬的無機氧化物及/或氮化物、半導體或其他低吸收電介質，或選擇性吸收材料，或電介質材料。例如，抗反射塗層可以由矽（例如SiO2）、鋁（例如Al2O3）、鉭（例如Ta2O5）、鈦（例如TiO2）或鉿（例如HfO）的氧化物形成。
如本文所述，像素陣列的操作波長包括300納米至1,000納米範圍內的波長。這個範圍包括電磁光譜的可見部分及電磁光譜的近紅外部分。本領域技術人員可以根據被製造的感測器的類型，選擇不同的波長和不同的波長範圍，上述範圍是示範性的。此外，對於一些NIR像素，NIR波長可以包括850納米和940納米的波長。
圖1A~1F是根據各種實施例的示例性像素陣列，像素陣列包括可見像素和近紅外像素，可見像素和近紅外像素各自包括反向結構。圖1A描繪的示例性像素陣列100包括兩個可見像素：可見像素102a及可見像素102b，以及包括兩個NIR像素：NIR像素104a及NIR像素104b。為方便說明，像素陣列100的可見像素102a可位於像素陣列100的左上象限，像素陣列100的可見像素102b可位於像素陣列100的右下象限，像素陣列100的NIR像素104a可位於像素陣列100的右上象限，以及像素陣列100的NIR像素104b可位於像素陣列100的左下象限。命名約定只是說明性的，其他約定，如可見像素位於右上角和左下角，也可以使用。
圖1A描繪在影像平面上的像素陣列100的俯視圖。在一些實施例中，影像系統可以包括多個像素陣列100的實例。舉例來說，影像系統可以包括九個像素陣列100的實例，排列成三乘三的網格，十六個像素陣列100的實例，排列成四乘四的網格，或以不同配置排列的像素陣列的其他數量。
在圖1A中，像素陣列100包括四個像素（例如，可見像素102a和102b，NIR像素104a 和104b），並且每個像素包括散射結構108。在像素陣列100的例子中，每個像素包括散射結構108。從頂部截面視圖來看，散射結構108表示為一個例如倒金字塔結構的底座，用為散射的結構。每個像素中包括的散射結構的數量可以變化，以優化像素的表現。在一些情況下， 散射結構108包括波長尺度的倒金字塔結構，被配置為增加NIR光的吸收。例如，散射結構108可以是IPSA。在一些實施例中，散射結構108可由氧化物材料形成，然而，附加材料可用于形成散射結構108及/或附加材料可應用於散射結構108的上表面。附加材料的功能是減少散射，增加吸收，減少像素之間的串擾，進行其他任務，或其組合。每個光電二極體（例如，可見像素102a和102b，NIR像素104a和104b）可以由矽形成，然而， 本領域技術人員已知的其他材料可以代替或補充矽。
在一些實施例中，微透鏡（microlen，ML）層可以配置於可見像素102a和102b以及NIR像素1 04a和104b中的每一個之上。例如，第一ML層106a可配置於可見像素102a的頂部，第二ML層106b可配置於NIR像素104a的頂部，第三ML層106c可配置於NIR像素104b的頂部，而第四ML層106d可配置於可見像素102b的頂部。ML層106a~106d中的每一個都可以被形成並具有類似的功能。例如，ML層106a-106d可以各自被配置為將進入的光聚焦到一個指定的像素。在一些情況下，每個ML層也可以被配置為折射及/或反射光線，這取決於該層的設計。ML層106a~106d可以有幾個高度（例如，小於10微米），並且通常可以小於或等於像素的間距或寬度。
圖1B描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列110。像素陣列110類似於像素陣列100，不同的是NIR像素104a被配置為在像素陣列110的左上象限，可見像素102a被配置為在像素陣列110的右上象限，可見像素102b被配置為在像素陣列110的左下象限，以及NIR像素104b被配置為在像素陣列110的右下象限。因此， 第一ML層106a可以配置於NIR像素104a上，第二ML層106b可以配置於可見像素102a上，第三ML層106c可以配置於可見像素102b上，以及第四ML層106d可以配置於NIR像素104b上。
此圖1C描繪在影像平面上的另一個示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列120。像素陣列120類似於像素陣列100，除了每個ML層覆蓋兩個像素。例如，第一ML層126a可以配置於可見像素102a和NIR像素104a上，以及第二ML層126b可以配置於NIR像素104b和可見像素102b上。圖1D描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列130。像素陣列130與像素陣列110基本相似，但每個ML層覆蓋兩個像素。例如，第一ML層126a可以配置於NIR像素104a和可見像素102a 上，以及第二ML層126b可以配置於可見像素102b和NIR像素104b上。
圖1E描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列140。像素陣列140基本上類似於像素陣列100，但例外的是，單一的ML層，如ML層136，覆蓋大部分（例如，超過50%、超過60%、超過70%、超過80%、超過90%、超過95%等）或全部的可見像素102a和102b，以及NIR像素104a和104b的。圖1F描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列150。像素陣列150與像素陣列110基本相似，例外的是，與像素陣列140相似，其包括一個單一的ML層（例如，ML層136），覆蓋大部分（ 例如，超過50%、超過60%、超過70%、超過80%、超過90%、超過95%等）或全部的可見像素102a和102b，以及NIR像素104a和104b。
圖2A~2F是根據各種實施例的圖1A~1F的像素陣列的示例性截面。圖2A描繪像素陣列100的截面視圖200，如入口影像平面視圖所示。圖2B描繪像素陣列110的截面視圖220，如入口影像平面視圖所示。截面視圖是沿著像素陣列100和像素陣列110的x-x'線截取，以及包括一個可見像素210和一個NIR像素212。可見像素210和NIR像素212與像素陣列100的可見像素102a和102b，以及NIR像素104a和104b基本相似，如上所述。
截面視圖200描繪配置在可見像素210上方的第一微透鏡（microlen，ML）層204a和配置在NIR像素212上方的第二ML層204b。如上所述，ML層204a和204b可被配置為將入射光202向可見像素210及/或NIR像素212聚焦，以及在一些實施例中，過濾掉不需要的波長的光。ML層204a和204b的厚度可以取決於正在製造的影像感測器，其範圍可以是1~100微米。在一些實施例中，基板206可以配置於ML層204a和204b的下方。基板206可以操作性的連接ML層204a和204b，並可以在製造過程中被貼上。基板206可由與ML層204a和204b相同的透明材料形成，並可被配置為調整入射光202的焦點位置。
在一些實施例中，像素陣列100和110可以包括可見彩色濾光片208a，其配置於基板206 和第一ML層204a之下。可見彩色濾光片208a可以是一個「片上」彩色濾光片，被配置為過濾掉具有電磁波譜的可見部分以外的波長的光。例如，可見彩色濾光片208a可以過濾掉與R（紅）、G（綠）、B（藍）和透明（白色或寬頻）光不同的光。在一些情況下，可見彩色濾光片208a也可作為選擇性紅外濾光片使用，以濾除來自電磁波譜紅外部分的選定部分的波長的光。在一些情況下，可見彩色濾光片208a可被配置為允許窄範圍的波長通過濾光片（例如，300~500納米，500~600納米，600~650納米等）。
在一些實施例中，像素陣列100、110還可以包括NIR彩色濾光片208b。NIR彩色濾光片208b可以配置於基板206和第二ML層204b之下。NIR彩色濾光片208b可以是另一個「片上」彩色濾光片，被配置為過濾掉具有電磁波譜的NIR部分以外的波長的光。例如，NIR彩色濾光片208b可以過濾掉波長小於800納米、大於1000納米等的光。在一些情況下， NIR彩色濾光片208b可以被配置為只允許特定的NIR波長的光通過（例如，850納米的光，940納米的光，或850納米或940納米的波長周圍的波長帶。
在一些實施例中，可見像素210及NIR像素212可以被隔離結構214分開。隔離結構214 可以是BDTI結構，並操作以分割連續的像素。雖然截面視圖200描繪隔離結構214配置於可見像素210和NIR像素212之間，但從入口處的像素陣列100、110的影像平面視圖來看，隔離結構214可以包圍每個像素210和212。隔離結構214可以是一個「部分」隔離結構或一個「全」隔離結構。全隔離結構指的是隔離結構的壁沿著光電二極體的整個高度延伸。例如，全隔離結構可以有一個沿Z軸的高度h，其中可見像素210和NIR像素212中的光電二極體的矽外延（silicon epitaxial，Si-epi）層也有一個高度h（或大約h）。部分隔離結構指的是隔離具有不沿光電二極體的Si-epi層的整個高度延伸的壁的結構。例如，如果隔離結構沿Z軸的高度小於高度h，其可以被稱為「部分」隔離結構
在一些實施例中，可見像素210和NIR像素212都可以包括兩個或多個反向結構216。反向結構216可以是各種形狀的3D結構，包括但不限於，這並不意味著其他列表是限制性的，金字塔形、錐形、圓柱形、多邊形、正弦形或其他形狀，或其組合。在圖2A和2 B的例子中，反向結構216被表示為反金字塔結構，對於一個給定像素的反向結構216也可以被稱為倒金字塔結構陣列（inverted pyramid structure array，IPSA）。在一些實施例中，抗反射塗層218可以應用於可見像素210和NIR像素212中的每一個表面的光電二極體的Si-epi層的介面。如在圖2A對應於反向結構216的入口處所見，抗反射塗層218可以沿著可見像素210和NIR像素212的外表面延伸。抗反射塗層218可以配置於反向結構216上，沿著每個反向結構216之間的區域，以及沿著鄰近隔離結構214的側壁。
圖2C描繪像素陣列120、140的截面視圖240，如入口影像平面視圖所示。圖2 D描繪像素陣列130、150的截面視圖260，如入口影像平面視圖所示。截面視圖240、26 0是沿著像素陣列120、130、140、150的x-x'線截取，包括可見像素210和NIR像素212。如上所述，像素陣列120、130、140、150與像素陣列100基本相似，但像素陣列120、130、140、150包括一個ML層244，其配置於可見像素210和NIR像素212之上。特別是，像素陣列120、130包括兩個ML層244的實例，每個實例覆蓋一對像素（例如，可見像素210和NIR像素212），然而截面視圖240僅示出一個ML層244的實例。對於像素陣列140、150，ML層244配置在四個像素之上（例如，兩個可見像素和兩個NIR像素，如圖1E和圖1F所示）。
圖2E描繪根據各種實施例的像素陣列100和110的另一個截面視圖280。在圖2E 中，光262的射線穿過可見彩色濾光片208a，並被導向可見像素210。可見彩色濾光片208a可以讓光的寬範圍的波長向可見像素210傳輸。較短波長的光可能被矽光電二極體吸收，因為這些波長的光比矽帶隙的能量更大。例如，較短波長的光，如藍色和綠色，在到達像素陣列10 0的底部表面264之前，幾乎完全被可見像素210的矽層內吸收。具有較長波長的光，如紅光或近紅外光，其能量較小，不會在矽層中被完全吸收。在這種情況下，光可以到達底部表面264並反射到可見像素210及/或NIR像素212。如圖2E所示，光262最初可以通過（及/ 或）被ML層204a聚焦，然後通過可見彩色濾光片208a。光266可能沒有被可見彩色濾光片208a 過濾掉，並可能入射到散射層上，例如反向結構216（例如，IPSA）。光268可以通過散射層和反向結構216。
舉例來說，在截面視圖280中的光268的三條射線，用來說明在像素陣列100與像素陣列100相同或相似的其他像素陣列內可能發生的串擾。如上所述，光268的射線(1)、(2)和(3)中的每一條都已經通過了可見彩色濾光片208a，以及散射層(例如，反向結構216)。對於射線(1)，由於矽像素（例如，可見像素210）和用來形成隔離結構214的材料之間的 介面，可見像素210和NIR像素212之間會因入射光線從隔離結構214的側壁上反射而產生串擾。在隔離結構214不是完全隔離結構的情況下（例如，當界定隔離結構214的壁沒有達到底部表面264時），由於光的反射角度和能量，射線(1)可能穿越在可見像素210中的路徑，直到在連接可見像素210和NIR像素212的連接部分270中進入NIR像素212。對於射線（3），入射光線的反射角小於可見像素210和隔離結構214之間介面的臨界角， 這可以使射線（3）穿過隔離結構214並進入NIR像素212。射線(2)相較於射線(1)和(3)具有更長波長的光，並以一定角度反射或散射出底部表面264，使射線(2)通過連接部分270並進入NIR像素212。在一些情況下，當入射光262的波長較長時， 串擾可能更經常地來自與射線(2)類似的射線。在一些情況下，對於既有長波長又有短波長的入射光262來說，對於與射線(1)和(3)相似的射線的串擾可能會發生，或是其他原因造成的串擾。
圖2F描繪根據各種實施例的像素陣列120、130、140、150的另一截面視圖290。像素陣列120、130、140、150的截面視圖290與圖2E的截面視圖基本上相似， 除了ML層244的存在，其可以使額外的光通過可見彩色濾光片208a和NIR彩色濾光片208b。ML層244被配置為覆蓋一個以上的像素（例如，可見像素210和NIR像素212）。對於像素陣列120、130、140、150來說，可見像素210和NIR像素212之間的串擾也可以以類似於像素陣列100的方式發生，詳細說明如上述。
圖3是根據各種實施例的圖1A~1F的示例性像素陣列中不同波長的外部量子效率變化的示例性圖表300。圖表300詳細說明NIR像素212的有效量子效率的模擬，作為波長的函數。外部量子效率（external quantum efficiency，EQE）表示吸收的光子與入射光子總數的比率，通常表示為百分比。EQE表示一個給定的感測器像素將光子轉換為電子的效率。對具有全散射層（例如，反向結構216）和沒有散射層的像素陣列100~150的模擬表示這兩種情況的優點和缺點。在圖300所示的模擬例子中，反向結構被設定為IPSA，然而也可以使用其他類型的反向結構。
如圖300所示，具有全散射層（例如，IPSA）的好處是可以增加NIR像素212在900~1000納米的波長範圍內的響應度EQE。這是有益的，因為940納米的光經常被用於NIR操作。從圖300還可以看出，散射層可以增加NIR像素212的紅色串擾（例如，圖2C的射線（2））。特別是，紅色串擾表現為增加的EQE和較長（非紅外）波長範圍（如550~780納米）集成的EQE。因此，像素陣列中的雜訊增加，這可能導致可見像素210和NIR像素212的輸出紅色或更長波長之間的對比度降低。
從圖300可以看出，由黑色圓點形成的軌跡代表具有IPSA的NIR像素和可見像素的NIR EQE，而由淺色方塊形成的軌跡代表未具有IPSA（ 或其他反向結構）的NIR像素和可見像素的NIR EQE。在550~780納米範圍內，紅色串擾對於(2)沒有IPSA減少，和對於(1) 有IPSA來說增加。在NIR範圍內，特別是在940納米左右，NIR像素的響應度對於(1)有IPSA的來說是增加的，但對於(2)沒有IPSA的來說是減少的。因此，在550~780納米範圍和900~1,000納米範圍內，兩種NIR像素（例如，有或沒有IPSA）都沒有最佳表現，所以兩種NIR像素在抑制紅色串擾的同時也沒有產生高的NIR響應度及/或EQE。
同樣，當散射層，例如IPSA，被應用於NIR像素時，散射層可以在可見像素的回應的紅外和NIR部分提供更高的EQE和集成EQE。這可能會導致對比度降低、不期望的串擾和影像品質下降。
為了解決上述問題，一些實施例包括像素陣列，包括以下一項或多項：部分散射層，被配置為抑制紅色串擾，同時還保持高NIR響應度及/或EQE；改變/修改部分或全部反向結構（例如，倒金字塔結構）的數量及/或大小，及/或修改/改變像素陣列中的像素的數量及/或大小，以最大化EQE；全隔離結構（例如，全BDTI結構），配置為抑制由於從部分隔離結構下漏出的光造成的串擾；以及修改像素陣列的NIR像素的反向結構上的多層鍍膜層的數量，或用於形成鍍膜層的材料（例如，減少/最小化600納米、750納米或其他波長的紅光的傳輸）。反向結構可以指倒金字塔結構陣列（IPSA），模擬表示使用IPS A的部分散射層可以提供非常有效的結果。然而，替代的或額外的結構，如本文所述（例如，圓錐形、圓柱形、正弦形等）可以代替金字塔結構，或補充金字塔結構。
圖4A~4F是根據各種實施例的像素陣列，像素陣列包括具有反向結構的NIR像素和不包括反向結構的可見像素。圖4A描繪一示例性像素陣列400，包括兩個可見像素：可見像素402a和可見像素402b，和兩個NIR像素：NIR像素404a和NIR像素404b。為方便說明，像素陣列400的可見像素402a可位於像素陣列400的左上象限，像素陣列400的可見像素402b 可為位於像素陣列400的右下象限，像素陣列400的NIR像素404a可位於右上象限而像素陣列400的NIR像素404b可位於像素陣列400的左下象限。命名約定只是說明性的，也可以使用其他約定。
圖4A描繪影像平面上的像素陣列400的俯視圖。在一些實施例中，一個影像系統可以包括像素陣列400的多個實例。例如，一影像系統可以包括九個像素陣列400的實例，排列為三乘三的網格，十六個像素陣列400的實例，排列為四乘四的網格，或以不同配置排列的像素陣列的其他數量。
在圖4A中，像素陣列400包括四個像素（例如，可見像素402a和402b，NIR像素404a和404b），其中每個NIR像素包括隔離結構408。與圖1A不同的是，可見像素402a和402b 不包括隔離結構408。在一些實施例中，像素402a、402b、404a、404b的每個光電二極體是由矽形成的，隔離結構408是由氧化物形成。本領域技術人員將認識到，一影像系統可以包括像素陣列400的多個實例，從而包括四個像素、可見像素402a和402b、NIR像素404a和404b的多個重複集。
在一些實施例中，微透鏡（microlen，ML）層可以配置於可見像素402a和402b以及NIR像素404a 和404b的每一個上面。例如，第一ML層406a可配置於可見像素402a的頂部，第二ML層406b 可配置於NIR像素404a的頂部，第三ML層406c可配置於NIR像素404b的頂部，以及第四ML層406d可配置於可見像素402b的頂部。ML層406a~406d中的每一個都可以被形成並具有類似的功能。例如，ML層406a~406d可以各自被配置為將進入的光聚焦到一個給定的像素。在一些情況下，每個ML層也可以被配置為折射及/或反射光，這取決於該層的設計。ML層406a~406d可以有1-100微米的高度。
圖4B描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列410。像素陣列410基本上類似於像素陣列400，除了NIR像素404a被配置為在像素陣列410的左上象限，可見像素402a被配置為在像素陣列410的右上象限，可見像素402b被配置為在像素陣列410的左下象限，並且NIR像素404b被配置為在像素陣列410的右下象限。因此，第一ML層406a可以配置在NIR像素404a上。第二層ML層406b可能配置於可見像素402a上，第三層ML層406c可能配置於可見像素402b上， 而第四層ML層406d可能配置於NIR像素404b上。
圖4C描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列420。像素陣列420基本上類似於像素陣列400，例外的是每個ML層覆蓋兩個像素。例如，第一ML層42 6a可以配置於可見像素402a和NIR像素404a上，而第二ML層426b可以配置於NIR像素404 b和可見像素402b上。圖4D描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列430。像素陣列430與像素陣列410基本相似，但每個ML層覆蓋兩個像素。例如，第一ML層426a可以配置於NIR像素404a和可見像素402a上，而第二ML層426b可以配置於可見像素402b和NIR像素404b上。
圖4E描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列440。像素陣列440基本上類似於像素陣列400，例外的是單個ML層，如ML層436，覆蓋大部分（例如，超過50%、超過60%、超過70%、超過80%、超過90%、超過95%等），或全部的可見像素402a和4 02b以及NIR像素404a和404b。圖4F描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列450。像素陣列450與像素陣列410基本相似，例外的是，與像素陣列440相似，包括單一的ML層（例如，ML層436），覆蓋大部分（例如，超過50%、超過60%、超過70%、超過80%、超過90%、超過95%等），或全部的可見像素40 2a和402b，以及NIR像素404a和404b。
圖5A~5G是根據各種實施例的圖4A~4F的像素陣列的示例性截面。圖5A描繪像素陣列400的截面視圖500A，如入口影像平面視圖所示。圖5B描繪由入口影像平面視圖所示的像素陣列410的截面視圖500B。截面視圖500A是沿著像素陣列400的x-x'線截取，包括可見像素510和NIR像素512。同樣，截面視圖500B是沿著像素陣列410的x-x'線截取，也包括可見像素510和NIR像素512，儘管可見像素510和NIR像素512配置於各自陣列中對稱的相反位置。如上所述，可見像素510和NIR像素512與像素陣列400 的可見像素402a、402b和NIR像素404a、404b基本相似。
截面視圖500A和500B描繪配置在可見像素510上方的第一微透鏡（microlen，ML）層504a 和配置在NIR像素212上方的第二ML層504b。如上所述，ML層504a和504b可被配置為將入射光線502向可見像素510及/或NIR像素512聚焦，以及在一些實施例中，過濾掉不希望的波長的光。ML層504a、504b的厚度可取決於正在製造的影像感測器，其範圍可以是1~100微米。在一些實施例中，基板506可以配置於ML層504a、504b的下方。基板506可以操作性地連接ML層504a、504b，並且可以在製造過程中結合。
在一些實施例中，像素陣列400、410可以包括可見彩色濾光片508a，其配置於基板506 和第一ML層504a之下。可見彩色濾光片508a可以是「片上」彩色濾光片，被配置為過濾掉具有電磁波譜可見部分之外的波長的光。例如，可見彩色濾光片508a可以過濾掉與R、G、B和透明光不同的光線。在一些情況下，可見彩色濾光片508a 也可作為選擇性紅外濾光片，濾除紅外光譜的選定部分（例如，電磁光譜的紅外部分）的光。在一些情況下，可見彩色濾光片508a可以被配置為允許窄範圍的波長通過濾光片（ 例如，300~500納米、500~600納米、600~650納米等）。在一些實施例中，基板（例如，基板506）可由透明材料形成，該材料與用於製造微透鏡層（例如，ML層504a、504b）的材料相同或相似。
在一些實施例中，像素陣列400、410還可以包括NIR彩色濾光片508b。NIR彩色濾光片508b可以配置於基板506和第二ML層504b之下。NIR彩色濾光片508b可以是另一個「片上」彩色濾光片，被配置為過濾掉具有電磁波譜的近紅外部分以外的波長的光。例如，NIR彩色濾光片508b可以過濾掉波長小於800納米、大於1000納米、小於800納米和大於1000 納米，或其他波長範圍的光。在一些情況下，NIR彩色濾光片508b可以被配置為只允許特定的NIR波長的光或圍繞特定波長的窄帶通過（例如，850納米的光，940納米的光）。
在一些實施例中，可見像素510和NIR像素512可能被隔離結構514分開。隔離結構514可以是BDTI結構，並用來分割連續的像素。雖然截面視圖500A、500B描繪隔離結構514配置在可見像素510和NIR像素512之間，但從入口處的像素陣列400、410 的影像平面視圖來看，隔離結構514可以包圍每個像素510和512。隔離結構514可以是一個「部分」隔離結構或一個「全」隔離結構。全隔離結構是指沿著Si- epi層的整個高度延伸的隔離結構，它是光電二極體將吸收的光子轉換成電子的功能的核心。例如，全隔離結構可以有一個沿Z軸的高度h，其中可見像素510和NIR像素512也有一個高度h（或大約h）。部分隔離結構是指不沿Si-epi層的整個高度延伸的隔離結構，它負責像素的光電二極體功能。例如，如果隔離結構沿Z軸的高度小於高度h，其可以被稱為「部分」隔離結構。以下將更詳細地描述包括部分隔離結構的示例性像素陣列。
在一些實施例中，NIR像素512可以包括由兩個或多個反向結構516形成的散射層。反向結構516可以是各種形狀的三維結構，包括但不限於，這並不意味著其他列表是限制性的，金字塔形、錐形、圓柱形、多邊形、正弦形或其他形狀，或其組合。在圖5A和圖5B中，反向結構516可為倒金字塔結構，對於一個給定像素的反向結構516也可以是倒金字塔結構陣列（inverted pyramid structure array，IPSA）。可見像素510可能不包括任何反向結構，如在入口520中的上表面522所見。上表面522可以基本上是平面的。以下將更詳細地說明，形成NIR像素512，使其包括反向結構，如IPSA，而可見像素510可能不包括任何反向結構，可以減少串擾並可以增加近紅外靈敏度。本領域技術人員將認識到，反向結構 ，如IPSA，可以形成像素陣列的一種散射層，而散射層可以採用其他散射光技術來代替或補充反向結構。
在一些實施例中，抗反射塗層518可以應用於可見像素510和NIR像素512中的每一個的表面。圖5A所示對應於反向結構516的入口524，抗反射塗層518可以沿著NIR像素512的外表面延伸。此外，如在對應於上表面522的入口520中所見，抗反射塗層518也可沿可見像素510的外表面包括沿上表面522 延伸。抗反射塗層518可以配置於反向結構516上，沿著每個反向結構516之間的區域，以及隔離結構514的表面上。
圖5C描繪了由入口影像平面視圖表示的像素陣列420、440的截面視圖540A。截面視圖540A沿像素陣列420、440的x-x'線截取，包括可見像素510和NIR像素512。圖5D描繪像素陣列430、450的截面視圖540B，如入口影像平面視圖所示。截面視圖540B是沿著像素陣列430、450的x-x'線截取，包括可見像素510和NIR像素512。如上所述，像素陣列420、430、440、4 50與像素陣列400、410基本相似，但像素陣列420、430、440、450包括ML層544，其配置於可見像素510和NIR像素512之上。特別是，像素陣列420，430包括ML層544的兩個實例，每個實例覆蓋一對像素（例如，可見像素510和NIR像素512），然而像素陣列44 0，450只包括ML層544的實例。對於像素陣列440，450，ML層544配置在四個像素之上（例如，兩個可見像素和兩個NIR像素，如圖4E和4F所示）。在一些實施例中，如上文關於圖5A和5B所見，圖5C的像素陣列420、440和圖5D的像素陣列430、450包括在NIR像素512的上部的反向結構516（例如，IPSA），而可見像素510不包括任何反向結構。
圖5E描繪根據各種實施例的像素陣列420、430、440、450的另一截面視圖560。如圖5E所示，可見像素510可以在Z方向上具有高度h2。例如，高度h2可指沿z軸從下表面57 2（例如，像素陣列420、440的矽外延層，其中金屬互連和STI可能配置於其中）到上表面522（例如，使用抗反射塗層518）的距離。在一些實施例中，h2可以小於約20微米，而h1 可以小於或等於h2。作為例子，h2可以是3-6微米之間。在一些實施例中，隔離結構514可具有高度h1，該高度從NIR像素512的上表面564延伸至隔離結構514的下表面572（例如，靠近連接部分570）。在一些情況下，高度h1和h2可以通過公式1相互關聯。 公式1。
對於h2=h1的用例，隔離結構514可為「全」隔離結構（例如，全BDTI結構），因為分隔可見像素510和NIR像素512的隔離結構完全沿z軸延伸（例如，到基座562）。在這種情況下，連接部分570是最小/不存在的。對於當h1＝0的用例，可見像素510和NIR像素512之間沒有分離，並且隔離結構514可能不存在。對於0 ＜ h1＜ h2，隔離結構514可被稱為「部分」隔離結構（例如，部分BDTI結構）。
圖5F描繪根據各種實施例的NIR像素512的上部的放大視圖575。如在視圖575中看到的，NIR像素512包括反向結構516的兩個實例。在本例中，反向結構516是一倒金字塔，然而其他的形狀也能夠被使用（例如，圓錐形、圓柱形、多邊形、正弦形等）。此外，雖然在圖示的實施例中，反向結構516的每個實例基本上是相同的，但有些情況下包括反向結構，其差異輕微或很大。例如，雖然兩個反向結構516都可以是金字塔形，但與另一金字塔形結構相比，金字塔可以有不同的角度、不同的底面或不同的高度。作為另一個例子，一個反向結構可以是一種形狀（例如，金字塔），而另一個反向結構可以是另一種形狀（例如，圓錐形）。作為補充說明，每個反向結構可以是三維的，因此反向結構的形狀和大小沿任何軸線可能存在變化。
一些情況下，其中反向結構516是金字塔形的（例如，IPSA），每個金字塔的間距p，也可以稱為週期，可以與入射光的波長有關。例如，間距可由公式2定義。 公式2。
在公式2中，λ是入射光的波長，λ大於800納米（例如，近紅外光）。
在一些實施例中，間距p也可由公式3定義。 公式3。
在公式3中，p1是金字塔結構（例如，反向結構516）的基底的寬度，並且p2是兩個連續的金字塔結構之間的間隙。為了最大限度地提高NIR像素512的響應度，p2可以大約等於0。在一些實施例中，每個金字塔結構（例如反向結構516）可以有一個高度t，作為一個例子， 高度t可以大於100納米。角度θ指的是給定的金字塔結構（例如，反向結構516）的頂點的角度。在一些實施例中，角度θ=90度，然而其他角度也能夠被使用（例如，60-120度；70-110度；80-100度；85-95度，或其他角度範圍）。在一些實施例中，寬度p1和p2，高度t，角度θ，或反向結構516的其他方面，可以在給定的反向結構陣列中因結構而異。例如，連續的金字塔結構之間的間隙，p2，對於不同的像素陣列或甚至對於一個給定的像素上的各種反向結構可能不同。
在圖5G中，截面視圖580描繪光582穿過可見彩色濾光片508a並被指向可見像素510。可見彩色濾光片508a可以允許寬範圍的波長的光向可見像素510傳輸。在一些實施例中，通過沒有散射層（例如，反向結構516），可見像素510可以允許較短和較長波長的光通過抗反射塗層（例如，抗反射塗層518），而不會以不希望的大角度散射。因此，入射的光582有較小的機會擊中與隔離結構514的介面及/或進入到隔離結構514的下麵。通過減少入射光進入到NIR像素512的可能性，可以減少NIR像素512的紅色串擾。此外，由於NIR像素512包括作為散射層的反向結構516，使得NIR像素512對波長在800-1000納米之間的光具有較高的NIR響應度或EQE，特別是在940納米（NIR的工作波長）。
在一些實施例中，包括用於NIR像素512但不用於可見像素510的部分散射層（例如，反向結構516）的像素陣列可以抑制可見像素510和NIR像素512之間的紅色串擾（ 例如，Xtalk(NIR)）。例如，紅色串擾的峰值可能發生在683納米。此外，像素陣列400- 450可以實現高的NIR響應度或EQE。
表1。
tML 散射層？ 峰值可見像素 EQE (%) Xtalk (vis) NIR像素 EQE(%)在 940納米 Xtalk (NIR) 備註
最大 是 76.5 40.8 46 10.8
沒有 76.5 17.0 30 7.6 ‧NIR 響應度（EQE在940納米）下降 ‧Xtalk(NIR) 下降
部分 76.5 39.7 46 7.9 只有Xtalk（NIR）下降
如上述表1所述，像素陣列400~450包括可見像素和NIR像素，其中NIR像素包括由多個反向結構（例如IPSA）形成的散射層，與可見像素和NIR像素都包括由多個反向結構形成的散射層的像素陣列100-150相比，確保可見像素的EQE峰值被保持。換句話說，通過模擬發現，用部分散射層（ 例如，相較於部分IPSA的IPSA）取代散射層，沒有發現可見像素EQE峰值變化的影響。此外，從900-1000納米的NIR像素EQE，特別是在940納米，不會因為用部分散射層代替散射層而發生變化，就像像素陣列400~450的情況一樣。還有，像素陣列400-450通過用部分散射層代替散射層，抑制了紅色Xtalk（NIR），特別是550-780納米波長範圍內的集成EQE。值得注意的是，表1中提供的數值只是示例性的。
圖6A~6F是根據各種實施例的像素陣列，像素陣列包括具有散射層的可見像素和不包括散射層的NIR像素。在一些實施例中，圖6A-6F所示的像素陣列包括可見像素和近紅外（near-infrared，NIR）像素，其中可見像素包括部分散射層（例如，部分IPSA），而NIR像素不包括部分散射層。包括部分散射層在可見像素中而不是在NIR像素中，可以降低可見像素在電磁波譜的紅色或NIR部分的串擾。
圖6A描繪示例性像素陣列600，包括兩個可見像素：可見像素602a和可見像素602b，和兩個NIR像素。NIR像素604a和NIR像素604b。為方便起見，像素陣列600的可見像素602a可位於像素陣列600的左上象限，像素陣列600的可見像素602b可位於像素陣列600的右下象限，像素陣列600的NIR像素604a可位於像素陣列600的右上象限，以及像素陣列600的NIR像素604b可位於像素陣列600的左下象限。命名約定只是說明性的，也可以使用其他約定。
圖6A描繪在影像平面上的像素陣列600的俯視圖。在一些實施例中，影像系統可以包括像素陣列600的多個實例。例如，一影像系統可以包括九個像素陣列600的實例，排列成三乘三的網格，十六個像素陣列600的實例，排列成四乘四的網格，或以不同配置排列的像素陣列的其他數量。
在圖6A中，像素陣列600包括四個像素（例如，可見像素602a和602b，NIR像素604a和604b），其中每個可見像素包括散射層608。與圖4A不同，可見像素602a和602b包括散射層608，NIR像素604a和604b不包括散射層608。在一些實施例中，像素602a、602b、604a、604b的光電二極體由矽形成，散射層608由氧化物形成。本領域技術人員將認識到，影像系統可以包括像素陣列600的多個實例，從而包括四個像素、可見像素602a和602b、NIR像素604a和604b的多個重複集。
在一些實施例中，微透鏡（microlen，ML）層可以配置於可見像素602a和602b以及NIR像素604a 和604b的每一個上面。例如，第一ML層606a可配置於NIR像素604a的頂部，第二ML層60 6b可配置於可見像素602a的頂部，第三ML層606c可配置於可見像素602b的頂部，以及第四ML 層606d可配置於NIR像素604b的頂部。ML層606a~606d中的每一個可以被形成並具有類似的功能。例如，ML層606a~606d可以各自被配置為將進入的光聚焦到一個指定的像素。在一些情況下，每個ML層也可以被配置為折射及/或反射光，這取決於該層的設計。ML層606a~606d可以有1-100微米的高度（在Z方向），然而也可以使用其他高度範圍。
圖6B描繪另一示例性像素陣列，像素陣列610在影像平面中的俯視圖。像素陣列610基本上類似於像素陣列600，除了NIR像素604a被配置為在像素陣列610的右上象限，可見像素602a被配置為在像素陣列610的左上象限，可見像素602b被配置為在像素陣列610的右下象限，並且NIR像素604b被配置為在像素陣列610的左下象限。因此，第一ML層606a可以配置於可見像素602a上，第二ML層606b可以配置於NIR像素604a上，第三ML層606c可以配置於NIR像素604b上，而第四ML層606d可以配置於可見像素602b上。
圖6C描繪另一示例性像素陣列，即像素陣列620在影像平面中的俯視圖。像素陣列620基本上類似於像素陣列600，例外是每個ML層覆蓋兩個像素。例如，第一ML層626a 可以配置於可見像素602a和NIR像素604a上，而第二ML層626b可以配置於NIR像素604b 和可見像素602b上。圖6D描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列630。像素陣列630與像素陣列610基本相似，例外的是每個ML層覆蓋兩個像素。例如，第一ML層626a可以配置於NIR像素604a和可見像素602a上，第二ML層626b可以配置於可見像素602b和NIR像素604b上。
圖6E描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列640。像素陣列640基本上類似於像素陣列600，例外的是單個ML層，ML層646，覆蓋大部分（例如，超過5 0%、超過60%、超過70%、超過80%、超過90%，超過95%等），或全部的可見像素602 a和602b，以及NIR像素604a和604b。圖6F描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列650。像素陣列650與像素陣列610基本相似，例外的是，與像素陣列640相似，包括單一的ML層（例如，ML層646），覆蓋大部分（例如，超過50%、超過60%、超過70%、超過80%、超過90%、超過95%等），或全部的可見像素602a和602b，以及NIR像素604a和604b。
圖7A和圖7B是根據各種實施例的圖6A和圖6B的像素陣列的截面。圖7A描繪了像素陣列600的截面視圖700A，如入口影像平面視圖所示。截面視圖700A是沿著像素陣列600的x-x'線截取，包括可見像素710和NIR像素712。圖7B描繪像素陣列610的截面視圖700B，如入口影像平面視圖所示。截面視圖700B沿像素陣列610的x-x'線截取，還包括可見像素710和NIR像素712。如上所述，可見像素710和NIR像素7 12分別與像素陣列600和610的可見像素602a、602b和NIR像素604a、604b基本相似。
截面視圖700A、700B描繪配置在可見像素710上方的第一微透鏡（ML）層504a 和配置在NIR像素712上方的第二ML層504b。如上所述，ML層504a和504b可被配置為將入射光線502聚焦到可見像素710及/或NIR像素712，以及在一些實施例中，過濾掉不希望的波長的光。ML層504a、504b的厚度可取決於正在製造的影像感測器，其範圍可從1-100微米。在一些實施例中，像素陣列600，610可以包括可見彩色濾光片508a，其配置於基板506和第一ML層504a之下。在一些實施例中，像素陣列600，610還可以包括NIR彩色濾光片508b，其可以配置在基板506和第二ML層504b之下。
在一些實施例中，可見像素710和NIR像素712可以被隔離結構714分開。隔離結構714可以是BDTI結構，其作用是分割連續的像素。雖然截面視圖700A，700B描繪了隔離結構714配置在可見像素710和NIR像素712之間，但從入口處的像素陣列600，610的影像平面視圖來看，隔離結構714可以包圍每個像素710和712。隔離結構714可以是一個「部分」隔離結構或一個「全」隔離結構。全隔離結構是指沿著Si- epi層的整個高度延伸的隔離結構，它是光電二極體將吸收的光子轉換成電子的功能的核心。例如，全隔離結構可以有一個沿Z軸的高度h，其中可見像素710和NIR像素712也有一個高度h（或大約h）。部分隔離結構是指不沿Si-epi層的整個高度延伸的隔離結構，它負責像素的光電二極體功能。例如，如果隔離結構沿著Z軸的高度小於高度h，其可被稱為「部分」隔離結構。以下將更詳細地描述包括部分隔離結構的示例性像素陣列。
在一些實施例中，可見像素710可以包括散射層716。散射層716可由各種形狀的一個或多個三維結構形成，包括但不限於，這並不意味著其他列表是限制性的，金字塔形、錐形、圓柱形、多邊形、正弦形或其他形狀，或其組合。在圖7A和7B的例子中，散射層7 16可為反金字塔結構，被稱為倒金字塔結構陣列（inverted pyramid structure array，IPSA）。NIR像素712可以不包括任何反向結構，如上表面720所見。上表面720基本上可以是平面的。如下文將更詳細地描述，形成可見像素710，使其包括散射層716，如IPSA，同時使NIR像素712不包括任何反向結構，可以抑制單聲道中看到的NIR串擾。
在一些實施例中，抗反射塗層718可被應用於可見像素710和NIR像素712中的每一個的表面。抗反射塗層718可以沿著可見像素710的外表面延伸。此外，抗反射塗層718也可以沿著NIR像素712的外表面延伸，包括沿著上表面720。抗反射塗層718可以配置於散射層716上。例如，抗反射塗層718可以沿著散射層716的每個反向結構之間的區域，以及隔離結構714的表面上沉積。
圖7C描繪了像素陣列620、640的截面視圖750A，如入口影像平面視圖所示。截面視圖750A是沿著像素陣列620、640的x-x'線截取，並且包括可見像素710和NIR像素712。圖7D描繪像素陣列630、650的截面視圖750B，如入口影像平面視圖所示。截面視圖750B是沿著像素陣列630、650的x-x'線截取，還包括可見像素710和NIR像素712。如上所述，像素陣列620、630、640、650基本相似到像素陣列600，610，除了像素陣列620，630，640，650包括ML層544，其配置在可見像素710和NIR像素712之上。對於像素陣列640，650，ML層544配置在四個像素之上（例如，兩個可見像素和兩個NIR像素，如圖所示）。圖6E和6F）。在一些實施例中，如上文關於圖7A-7D所見，像素陣列620、630、640、650包括可見像素710上部的散射層716（例如，IPS A），而NIR像素712不包括散射層。
在一些實施例中，可以修改抗反射塗層（例如抗反射塗層718）的厚度、層數及/或用於在氧和矽像素裝置之間形成多層塗層層的材料。這些修改可以使可見像素和NIR像素各自的響應度最大化，減少600納米及/或750納米的紅光傳輸，並且對於不包括散射層的像素裝置（例如，倒金字塔結構陣列）特別有用。
一些實施例包括像素陣列，其中像素陣列的氧化物和矽像素的光電二極體之間的介面包括全散射層（例如，全套IPSA）、部分散射層（例如，部分IPSA）或無散射層。氧化物層和矽像素的光電二極體之間的介面可以有多種用途，可以由多個（例如，兩個或更多）薄層形成。或者，也可以使用一個單層。在一些實施例中，多層介面的一些或所有的薄層可以作為抗反射塗層發揮作用。由於氧化層和矽外延（epi）層的折射率之間的巨大差異，抗反射塗層可以降低介面的反射。）抗反射塗層可能對多個波長（例如380納米-1000納米）有利，而不僅僅是一些例子中的NIR工作波長（例如850納米、940納米）。此外，通過修改抗反射塗層的厚度，可見像素和NIR像素的回應速度及/或EQE可以被最大化。
抗反射塗層在減少入射光線的反射方面的功能如何，取決於用於形成抗反射塗層的每一層的材料/設計。例如，抗反射塗層的每個層的厚度、抗反射塗層所包括的層的數量、用於形成抗反射塗層的每個層的一種或多種材料、或各層的其他特徵，可能影響抗反射塗層在減少介面上的反射角方面的作用程度。在一些實施例中，抗反射塗層對於可見像素和NIR像素中的每一個都可能不同。例如，抗反射塗層的厚度在可見像素和NIR像素之間可以是不同的，以便於最大限度地提高可見像素和NIR像素的響應度。通過修改可見像素、NIR像素或兩者的抗反射塗層的各種材料/設計，可以提高像素陣列的有效性，改善像素陣列在可見光和NIR波長區域對入射光的抑制程度。
圖8A和圖8B分別是示例圖和圖表，描繪根據各種實施例的入射光線如何在氧化矽介面上反射。如圖8A所示，光802入射在像素陣列的氧化層及/或結構與矽層及/或結構之間的介面800上。當光穿過具有第一折射率的第一介質（例如，光802）遇到具有第二折射率的第二介質時，一些光可能在第一和第二介質的介面上反射，而一些光可能通過介面傳輸到第二介質。反射角和透射角可能都取決於第一和第二介質的折射率，ni和nt。例如， 對於一個平面波，反射角θr 由公式4定義。 公式4。
在公式4中，θi （如圖8A所示）是指入射角，在此也可互換地稱為θinc 。透射角θt 可使用斯涅爾定律確定。 公式5。
在公式4和5中，θi 指的是光802的入射角。
從公式4和公式5，可以確定反射光和透射光的菲涅爾係數。在一些實施例中，光802可以是偏振的。任何偏振狀態的光都可以表示為兩個正交偏振狀態的某種組合：（i）「TM」或「p」，其中電場在入射平面或包含入射光802的紙張平面和介面的法線上偏振；（ii）「TE」或「s」，其中電場與入射平面或紙張平面垂直。未偏振的光的行為可以通過由於p和s型偏振狀態的平均值來估計。因此，反射光和透射光的菲涅爾係數包括一個垂直的s偏振光的分量和p偏振光的平行分量。例如，公式6和公式7表示反射和透射的s偏振光的菲涅爾係數。 公式6。 公式7。 公式8和公式9描述反射和透射p偏振光的菲涅爾係數： 公式8。 公式9。 對於公式6~9，無論光線是s偏振還是p偏振，公式4和公式5都適用。
圖8B的圖表820描述在氧化層和矽層之間的介面的平均反射率，如圖7A所示。平均反射率可以通過平均兩個正交偏振模式（例如，s偏振和p偏振）的反射率來確定。如圖820所示，對於0~50度之間的入射角，氧化矽介面的平均反射率變化不大。例如，入射角為0度的第一條軌跡和入射角為50度的第二條軌跡，在波長380納米和1000納米之間變化很大。特別是，對於電磁波譜的大部分可見和NIR部分，氧化矽介面的最小反射率約為20%。此外，反射率與波長有關，對於較短的波長來說，反射率更高。
圖9A~9G描繪根據各種實施例的入射光如何在包括抗反射層的氧化矽介面上反射的示例圖和圖表。在圖9A和圖9B中，光902入射在第一介質（例如，氧化物）和第二介質之間的介面900上。在圖9A中，第二介質包括兩個（或多個）層：抗反射塗層904和一個或多個附加層906。一些實施例包括抗反射塗層904，其厚度小於80納米。如，例如，55納米。對於散射層920，如圖9B所示，（例如，IPSA），散射層920可以包括抗反射塗層904，當光902以大於45-度的角度入射時，表示光902擊中了倒金字塔結構的一個側面。附加層906可以由多個層（ 例如，兩個或多個層）形成。在一些實施例中，抗反射塗層904和附加層906可由選自以下一 組的材料形成：氧化鋁、氧化鉭、氧化鈦、氧化鉿、氧化物、氮化物、半導體的碳化物或金屬。半導體的化合物可包括二氧化矽、氮化矽、碳化矽或其他碳化物，或其組合。金屬的氮化物可以包括氮化鋁、氮化鉭、氮化鉿、氮化鈦、氮化鎵、或其他氮化物，或其組合。另參考圖9C，圖表940說明了包括厚度為55納米的抗反射塗層（例如，抗反射塗層904）的氧化矽介面的平均反射率與入射光波長的關係。圖表940中包括兩條軌跡，第一條是入射角為0度，第二條是入射角為50度。圖940表示基於計算的菲涅爾係數（例如，公式6~9，或公式6~9的擴展版本）的模擬，考慮到各種介面。如圖表940所示，對於厚度小於80納米的抗反射塗層，在電磁波譜的可見和NIR部分（如380~1000納米）的反射率可以在0度和50度的入射角下顯著降低。反射率可以達到5%或更低（ 例如，θinc=0度時，大約55納米），可見光量子效率的峰值可以提高。
在圖9D中，光902入射在第一介質（例如，氧化物）和第二介質之間的介面960上。在圖9 D的示例圖中，第二介質包括兩個（或多個）層：抗反射塗層964和一個或多個附加層906。一些實施例包括抗反射塗層964，其厚度約為80納米。圖9E的圖表980表示當抗反射塗層的厚度為80納米（例如抗反射塗層964）時，氧化矽介面的平均反射率。如圖980所示，為菲涅爾係數（例如，公式6~9，或公式6~9的擴展）計算的模擬結果表示，當防反射塗層的厚度為80納米時，在電磁波譜的NIR部分（例如，600-1000納米），對於0度和50度的入射角，反射率可以顯著降低。此外，圖980表示在940納米的正常入射下，最小反射率可以低於5%，而且NIR像素在940納米的響應度也可以提高。
在圖9F中，光902入射在第一介質（例如，氧化物）和第二介質之間的介面990上。在圖9 F的示例圖中，第二介質包括兩個（或多個）層：抗反射塗層994和一個或多個附加層906。一些實施例包括抗反射塗層994，其厚度約為140納米。圖9G的圖表995表示當抗反射塗層的厚度約為140納米（例如抗反射塗層994）時，在氧化矽介面的平均反射率。如圖995所示，為菲涅爾係數（例如，公式6~9，或公式6~9的擴展）計算的模擬結果表示，當抗反射塗層的厚度大於80納米時，例如抗反射塗層994 的厚度為140納米，電磁波譜的可見光和NIR部分的反射率可以顯著降低，而在0度和50 度的入射角下，較長的可見光（紅色）波長的反射率可以增加。在一些實施例中，增加較長（紅色）波長的光的反射，可以有效地控制給定像素陣列中的可見像素和NIR外像素的串擾（例如，紅色串擾）。此外，如圖表995所示，反射率可能是最小的（例如，對於較長的波長，5%或更少），可見光量子效率和NIR響應度或量子效率的峰值可以在940納米增加。
圖10A~10F是根據各種實施例的包括可見像素和NIR像素的示例性像素陣列，其不包括散射層。在一些實施例中，圖10A~10F中描繪的像素陣列包括可見像素和近紅外（near-infrared，NIR）像素，其中可見像素和NIR像素都不包括散射層（部分或其他）
圖10A描繪示例性像素陣列1000，其包括兩個可見像素：可見像素1002a和可見像素1002b，和兩個NIR像素。NIR像素1004a和NIR像素1004b。為方便說明，像素陣列1000的可見像素1002a可位於像素陣列1000的右上象限，像素陣列1000的可見像素1002b可位於像素陣列1000的左下象限，像素陣列1000的NIR像素1004a可位於像素陣列1000的左上象限，並且像素陣列1000的NIR像素1004b可位於像素陣列1000的左下象限。命名慣例只是說明性的，也可以使用其他慣例。
圖10A描繪在影像平面上的像素陣列1000的俯視圖。在一些實施例中，影像系統可以包括像素陣列1000的多個實例。例如，一影像系統可以包括作為三乘三網格排列的像素陣列1000的九個實例，作為四乘四網格排列的像素陣列1000的十六個實例，或以不同配置排列的像素陣列的其他數量。
在圖10A中，像素陣列1000包括四個像素（例如，可見像素1002a和1002b，NIR像素1004a和1004b），其中可見像素1002a和1002b以及NIR像素1004a和1004b中的每個不包括散射層。在一些實施例中，像素1002a、1002b、1004a、1004b的光電二極體由矽形成。本領域技術人員會認識到，一影像系統可以包括像素陣列1000的多個實例， 從而包括四個像素、可見像素1002a和1002b、NIR像素1004a和1004b的多個重複集。
在一些實施例中，微透鏡（microlen，ML）層可以配置於可見像素1002a和1002b以及NIR像素1 004a和1004b中的每個上面。例如，第一ML層1006a可以配置於NIR像素1004a的頂部，第二ML層1006b可以配置於可見像素1002a的頂部，第三ML層1006c可以配置於可見像素1002b的頂部，以及第四ML層1006d可以配置於NIR像素1004b的頂部。ML層1006a-1006d中的每一個可以被形成並具有類似的功能。例如，ML層1006a-1006d可以各自被配置為將進入的光聚焦到一個給定的像素。在一些情況下，每個ML層也可以被配置為折射及/或反射光，這取決於該層的設計。ML層1006a-1006d可以有1~100微米的高度（在Z方向），但也可以使用其他高度範圍。
圖10B描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列1010。像素陣列1010基本上類似於像素陣列1000，除了NIR像素1004a被配置為在像素陣列1010 的右上象限，可見像素1002a被配置為在像素陣列1010的左上象限，可見像素1002b被配置為在像素陣列1010的右下象限，並且NIR像素1004b被配置為在像素陣列1010的左下象限。因此，第一ML層1006a可以配置在可見像素1002a，第二層ML層1006b可能配置於NIR像素1004a上，第三層ML層1006c可能配置於NIR像素1004b上，而第四層ML層1006d可能配置於可見像素1002b上。
圖10C描繪另一示例性像素陣列，即像素陣列1020在影像平面中的俯視圖。像素陣列1020基本上類似於像素陣列1000，例外是每個ML層覆蓋兩個像素。例如，第一ML層1026a可以配置於可見像素1002a和NIR像素1004a上，而第二ML層1026b可以配置於NIR像素1004b和可見像素1002b上。圖10D描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列1030。像素陣列1030與像素陣列1010基本相似，但每個ML層覆蓋兩個像素。例如，第一ML層1026a可以配置在NIR像素1004a和可見像素1002a上，第二ML層1 026b可以配置在可見像素1002b和NIR像素1004b上。
圖10E描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列1040。像素陣列1040實質上類似於像素陣列1000，例外的是單個ML層，ML層1046，覆蓋大部分（例如，超過50%、超過60%、超過70%、超過80%、超過90%、超過95%等），或全部的可見像素10 02a和1002b，以及NIR像素1004a和1004b。圖10F描繪在影像平面上的另一示例性像素陣列的俯視圖，如像素陣列1050。像素陣列1050與像素陣列1010基本相似，例外的是，與像素陣列1040相似，包括單一的ML層（例如，ML層1046），覆蓋大部分（例如， 超過50%、超過60%、超過70%、超過80%、超過90%、超過95%等），或全部的可見像素1002a和1002b，以及NIR像素1004a和1004b。
圖11A~11D是圖10A~10F的示例性像素陣列的截面描繪，其中根據各種實施例，將抗反射塗層施加到氧化矽介面（例如，氧化物和矽層的介面）和隔離結構的表面（例如，壁）。圖11A描繪示例性像素陣列的截面視圖1100A，例如圖10B的像素陣列1010，圖11B描繪示例性像素陣列的截面視圖1100B，例如圖10A的像素陣列1000。
在一些實施例中，像素陣列1000、1010包括可見像素1110和NIR像素1112。一些實施例包括可見像素1110和NIR像素1112具有抗反射塗層1116和1118塗在它們各自的上表面。抗反射塗層1116可具有沿Z軸向可見彩色濾光片508a突出的厚度w1，而抗反射塗層1144可具有沿Z軸向NIR彩色濾光片508b突出的厚度w2。在一些實施例中，隔離結構1114還可以包括抗反射塗層1120a-c，它們分別應用於隔離結構1114的三個側面（對於部分隔離結構）。抗反射塗層1120a可以有一個厚度w3A，抗反射塗層1120b可以有一個厚度w3B，以及抗反射塗層1120c。一些實施例包括抗反射塗層1116的厚度w1與抗反射塗層1118的厚度w2相同。或者，抗反射塗層1116的厚度w1可以與抗反射塗層1118的厚度w2不同。
在一些實施例中，抗反射塗層1116的厚度w1可以小於80納米。模擬表示，當厚度w1小於80 納米時，可見像素1110的EQE峰值可以達到最大。在一些實施例中，抗反射塗層1144的厚度w2可以大於或等於80納米。模擬表示，當厚度w2大於或等於80納米時，NIR像素1112在940納米處的響應度達到最大。在一些實施例中，厚度w3A-C可以在隔離結構1114的不同表面上變化。例如，隔離結構1114的第一抗反射塗層1120a可以有第一厚度w3A，隔離結構1114的第二抗反射塗層1120b可以有第二厚度w3B，而隔離結構1114的第三抗反射塗層1120c可以有第三厚度w3C。在一些實施例中，第一抗反射塗層1120a的第一厚度w3A可以大約等於抗反射塗層1116的厚度w1，第二抗反射塗層1120 b的第二厚度w3B可以大約等於抗反射塗層1118的厚度w2。第三防反射塗層1120c的第三厚度w3C可以具有w1≤w3C≤w2或w2≤w3C≤w1範圍內的厚度。在一些情況下，第三厚度w3 C可以是不同的厚度，例如w3C=w1±δw或w3C=w2± δw，其中δw等於10納米或更小，100納米或更小，或超過100納米。在一些實施例中， 厚度w1、w2、w3A、w3B及/或w3C可以在一個特定的表面上變化。例如，第一抗反射塗層1120a在鄰近第一抗反射塗層1116和第一抗反射塗層1120a的位置可以等於第一厚度w1，並且可以沿著第一抗反射塗層1120a的表面逐漸減少厚度。在一些實施例中，w1、w2、w3A、w3B或w3C中的任何兩個或多個可以相等。
圖11C描繪根據各種實施例的示例性像素陣列1030、1050的截面視圖1120A。圖11D描繪根據各種實施例的示例性像素陣列1020、1040的截面視圖1120B。在一些實施例中，由截面視圖1120A、1120B描繪的像素陣列與圖11A、11B的截面視圖1100A、1 100B基本相似，但其包括微透鏡544，其覆蓋可見像素1150和NIR像素1152，或可見像素1150和NIR像素1152的多個實例。在一些實施例中，w1≠w2≠w3A≠w3B≠w3C，然而一些實施例的w1、w2、w3A、w3B或w3C中的一個或多個是相等的。
圖11E~11H是根據各種實施例的圖4A~4F和6A~6F的示例性像素陣列的截面，包括根據各種實施例的隔離結構，該隔離結構具有施加到氧化矽介面、散射層的外表面和隔離結構的表面的抗反射塗層。圖11E描繪根據各種實施例的示例性像素陣列400、410和600、610的截面視圖1140A。圖11F描繪根據各種實施例的示例性像素陣列600、610的截面視圖1140B。在截面視圖1140A、1140B的例子中，可見像素1150可以包括至少一抗反射塗層（例如，抗反射塗層1144）和其他薄膜塗層，但不包括散射層（例如，IPSA），而NIR像素1152包括抗反射塗層1146和散射層1148。例如，散射層1148可以由多個反向結構（例如，IPSA）形成。在一些實施例中，具有第一厚度w1的抗反射塗層1144，具有厚度w2的抗反射塗層1146，以及隔離結構1114可以分別包括具有厚度w3A-C的抗反射塗層1120a-c。
在一些實施例中，如上所述，抗反射塗層1144的第一厚度w1可以小於80納米。當第一厚度w1小於80納米時，可見像素1150具有最大化的外部量子效率峰值。在一些情況下，當w1小於80納米時，w1=w2=w3A=w3B=w3C。
在一些實施例中，如果w1≠w2，NIR像素1152可以在940納米處或為抑制串擾而使其響應度最大化。如果w1≠w2，一些實施例包括厚度w3A大約等於第一厚度w1，而厚度w 3B大約等於第二厚度w2。厚度w2。在一些實施例中，厚度w3A-C的每一個都可以沿其各自的表面變化。例如，在抗反射塗層1144和抗反射塗層1120a的交匯處，厚度w3A可大致等於第一厚度w1，並可向抗反射塗層1120c減少或增加。在一些實施例中，厚度w2可沿抗反射塗層1146變化。例如，第二厚度w2可在接近NIR像素1 152的每個反向結構的底部時較大，而向頂點方向較小。
圖11G描繪根據各種實施例的示例性像素陣列420、430、440、450的截面視圖11 60A。圖11H描繪根據各種實施例的示例性像素陣列620、630、640、650的截面視圖1160B。在截面視圖1160A、1160B的例子中，可見像素1150包括抗反射塗層1144，但不包括散射層（例如，IPSA），而NIR像素1152包括抗反射塗層1146和散射層1148。例如，散射層1148可以由多個反向結構（例如，IPSA）形成。在一些實施例中，具有第一厚度w1的抗反射塗層1144，具有厚度w2的抗反射塗層1146，以及隔離結構1114可以包括分別具有厚度w 3A-C的抗反射塗層1120a-c。
表2。
微透鏡厚度(tML) 散射層？ AR塗層厚度(優化) 峰值可見像素EQE（%） Xtalk(vis) (%) NIR 像素EQE (%) 在940 nm Xtalk(NI R) (%) 備註
最大 沒有 ＜ 80 nm 79.1 17.1 30.0 7.7 ‧可見像素峰值EQE最大化 ‧NIR EQE低
最大 沒有 ＞ 80 nm 69.7 18.3 44.5 7.3 ‧NIR EQE在940納米處增加 ‧可見像素峰值EQE下降
最大 沒有 ‧可見：＜8 0 nm NIR：＞80 n m 79.1 17.4 44.5 6.6 ‧在940 nm的NIR EQE和可見像素峰值EQ E是最大的
表3。
tML 散射層？ AR塗層厚度(優化) 峰值可見像素E QE (%) Xtalk(vis) (%) NIR 像素EQE (%) 在940 nm處 Xtalk(NIR(%)) 備註
最大 部分 ＞80 nm（例如，140 nm ） 70.4 37.2 45.4 8.0 ‧NIR EQE在940 nm增加 ‧可見的峰值 EQE低 ‧Xtalk(NIR) 是低的，如表2所示，沒 有散射層
最大 部分 ＜ 80 nm (例如，55 nm) 78.8 39.3 45.4 7.9 ‧可見的峰值 EQE最大化的 ‧NIR 響應度高
最大 部分 ‧Vis.:＜80 nm（例如， 55 nm） ‧NIR：＞8 0 nm（例如 ，140 nm） 78.8 37.5 45.8 7.4 ‧可見的峰值 EQE 最大化的 ‧NIR 響應度高
最大 部分 + 全部BDT I  ‧＜80 nm（例如，55 nm） 78.8 17.4 54.6 7.5 ‧可見的峰值 EQE最大化的 ‧NIR EQE 增加Xtalk( vis)，Xtalk(NIR)低。
如表2和表3所示，對於包括沒有散射層（例如，沒有IPSA）的（可見和NIR）像素陣列，仍然可以通過優化NIR像素上的抗反射塗層的厚度來增加NIR EQE。在一些實施例中，為了確保在940納米處有一個高的可見光EQE峰值和NIR EQE，在NIR像素上的抗反射塗層的厚度為可見像素的防反射塗層的厚度與NIR像素的防反射塗層的厚度不同。一些實施例還包括沒有散射層（例如，IPSA），與全散射層相比，造成可見像素和NIR像素的串擾較低。
圖12A描繪根據各種實施例的圖4A、4B 的示例性像素陣列400、410的截面視圖1200A，像素陣列400、410包括全隔離結構。圖12B描繪了根據各種實施例，包括全隔離結構的圖6A和圖6B 的示例性像素陣列600、610的截面視圖1200B。圖12A和圖12B的示例性像素陣列可以與圖11E和圖11F的示例像素陣列基本相似，但圖12A和圖12B的像素陣列包括由全隔離結構1214分隔的可見像素1210和NIR像素1212。在一些實施例中，可見像素1210可以有抗反射塗層1216應用到可見像素1210的上表面，而NIR像素1212可以有抗反射塗層1218應用到NIR像素1212的上表面。可見像素1210的抗反射塗層1216可以有一個厚度w1，而NIR像素1212的抗反射塗層1218可以有一個厚度w2。在一些實施例中，厚度w1與厚度w2不同。在一些實施例中，可見像素1210的一側表面可具有抗反射塗層1220a，而NIR像素1212的一側可具有抗反射塗層1220b，其中塗層1220a和1220b彼此面對。抗反射塗層122 0a可以有一個厚度w3A，而抗反射塗層1220b可以有一個厚度w3B。類似的抗反射塗層可以被放置在像素1210和1212的相對側面。
在一些實施例中，圖12B的像素陣列600、610可以在有高峰值可見EQE、在940納米的高NIR EQE，以及低可見和NIR串擾時，具有期望的光學表現。對於包括相鄰像素之間的全隔離或近似全隔離結構（如全BDTI）的像素陣列，當包括部分散射層時，可以獲得這樣的理想光學表現。特別是，當NIR像素1212包括部分散射層，如IPSA，圖12A的像素陣列400，410可以產生上述期望的光學表現。
如本文所述，光學表現至少根據以下三個標準來決定。
(1)在電磁波譜的可見波長部分，可見像素的EQE峰值（最大化EQE峰值可以產生高信噪比。
(2) 在940納米處的NIR像素的EQE峰值最大化。
(3)儘量減少可見像素和NIR像素的串擾（串擾會影響影像解析度並降低影像品質）。
圖12C描繪根據各種實施例的示例性像素陣列420、430、440、450的截面視圖12 50A。圖12D描繪根據各種實施例的示例性像素陣列620、630、640、650的截面視圖1250B。圖12C的示例性像素陣列可以與圖5C和圖5D的示例性像素陣列基本相似，但圖12C的像素陣列包括由全隔離結構1214分隔的可見像素1210和NIR像素1212，並包括被配置為覆蓋可見像素1210和NIR像素1212的ML層544，或可見像素1210和NIR像素1212的多個實例。在一些實施例中，可見像素1210可以有抗反射塗層1216應用到可見像素1210的上表面，而NIR像素1212可以有抗反射塗層1216應用到NIR像素1212的上表面。圖12D的示例性像素陣列可以與圖7C和圖7D的示例性像素陣列基本相似，但圖12D的像素陣列包括由全隔離結構（例如，全隔離結構1214）。
圖13A~13D是根據各種實施例的圖1A~1F的示例性像素陣列的截面，包括可見像素和NIR像素，兩者都包括散射層和抗反射塗層。圖13A描繪示例性像素陣列100、110的截面視圖1300。圖13A的示例性像素陣列可以與圖2A和圖2B的示例性像素陣列基本相似，除了圖13A的像素陣列包括散射層和隔離結構之上的抗反射層之外，圖13A包括可見像素1310和NIR像素1312分離的部分隔離結構1314，並且可見像素1310包括散射層1322，NIR像素1312包括散射層1324。在一些實施例中，散射層1322和1324可以由反向結構的陣列形成，例如，IPSA，然而也可以使用其他類型的結構或結構的組合。圖13B描繪示例性像素陣列100、110的截面視圖1330，其可以與圖2C和圖2D的基本相似。除了圖13B的像素陣列可以包括散射層和隔離結構之上的抗反射層。在一些實施例中，可見像素1310可具有應用於可見像素1310的上表面的抗反射塗層1316（例如，跨越散射層13 22的表面），並且NIR像素1312可具有應用於NIR像素1312的上表面的抗反射塗層1318（例如，跨越散射層1324的表面）。可見像素1310的抗反射塗層1316可以有一個厚度w1，而NIR像素1312的抗反射塗層1318可以有一個厚度w2。在一些實施例中，厚度w1與厚度w2不同。在一些實施例中，形成部分隔離結構1314的像素1310和1312的側表面可具有應用於其的抗反射塗層1320。抗反射塗層1320可以有一個厚度w3。在一些實施例中， 厚度w1、w2和w3都可以彼此不同。在一些實施例中，厚度w1、w2及/或w3可以是基本不變及/或相同的。
圖13B描繪示例性像素陣列100、110的截面視圖1330。圖13C的示例性像素陣列可以基本上類似於圖13A的示例性像素陣列，但圖13B的像素陣列100、110包括「全」隔離結構1314。例如，隔離結構1314可以有從基座562延伸到每個像素的上表面的壁。在一些實施例中，散射層1322和1324可由反向結構的陣列形成，例如，IPSA，然而也可使用其他類型的結構或結構的組合。在一些實施例中，可見像素1310可具有應用於可見像素1310的上表面的抗反射塗層1316（例如，跨越散射層1322的表面），並且NIR像素1312可具有應用於NIR像素1312的上表面的抗反射塗層1318（例如，跨越散射層1324的表面）。可見像素1310的抗反射塗層1316可以有一個厚度w1，而NIR像素1312的抗反射塗層131 8可以有一個厚度w2。在一些實施例中，厚度w1與厚度w2不同。在一些實施例中，像素1310和1312的側表面，形成隔離結構1314（例如，隔離結構的壁），可具有應用於其的抗反射塗層1320。抗反射塗層1320可以有一個厚度w3。在一些實施例中，厚度w1、w2和w3都可以彼此不同。在一些實施例中，厚度w1、w2及/或w3可以是基本固定的。
圖13C描繪根據各種實施例的另一示例性像素陣列120、130、140、150的截面視圖1350。在一些實施例中，圖13C的像素陣列120、130、140、150可以基本上類似於圖13 A的像素陣列100、110，但圖13C的像素陣列120、130、140、150包括微透鏡層544（其中每個像素陣列可以包括微透鏡層544的兩個實例或單一實例）。
圖13D描繪根據各種實施例的另一示例性像素陣列120、130、140、150的截面視圖1370。在一些實施例中，圖13D的像素陣列120、130、140、150可以基本上類似於圖13 B的像素陣列100、110，但圖13D的像素陣列120、130、140、150包括微透鏡層544（其中每個像素陣列可以包括微透鏡層544的兩個實例或一個實例）。
圖14A和14B是根據各種實施例的強度圖，描繪反向結構對相鄰像素之間的紅色串擾的影響。圖14A描繪由包括可見像素和NIR像素的示例性像素陣列的模擬產生的強度圖1400，其中可見像素不包括散射層（例如，沒有IPSA），但NIR像素包括。在一些實施例中，光學模擬描繪波長為700納米的入射光在像素陣列的像素裝置內的傳播。強度圖1400描繪示例性像素陣列的可見像素不包括散射層，而像素陣列的NIR像素包括散射層。強度圖1400說明，當可見像素不包括散射層時，較少的光從可見像素漏入其相鄰的像素，因此，如表2或表3所示，較低的紅色Xtalk（NIR）可以預期。在一些情況下，在實施部分隔離結構（如部分BDTI）以分離像素裝置的情況下，在部分隔離結構形成的連接部分，漏入相鄰的NIR像素的光線較少。此外，由於在像素陣列底部的金屬互連上的反射，返回到像素裝置中的光的可能性較小。
圖14B描繪由包括可見像素和NIR像素的示例性像素陣列的模擬產生的強度圖1450，其中可見像素和NIR像素都包括散射層（例如，IPSA）。在一些實施例中， 光學模擬描繪入射光線在像素陣列的像素裝置內的傳播，其波長為700納米，從強度圖1450可以看出，在可見像素和NIR像素中都包括散射層，每個可見像素的相鄰的NIR像素中的紅色串擾可能會增加。在一些情況下，在實施部分隔離結構（例如，部分BDTI）以分離像素裝置的情況下，在部分隔離結構形成的連接部分，光仍然可以進入到相鄰的NIR像素。此外，由於在像素陣列底部的金屬互連上的反射，光更有可能返回到像素裝置。
在一些實施例中，可見像素的串擾和NIR像素的串擾可以根據每個像素的集成的E QE的比率來估計。例如，NIR像素的可見光串擾可以使用公式10找到。 公式10 其中： 公式11; 以及 公式12
在公式11和公式12中，η IR(λ)表示NIR像素的EQE，而η vis(λ)表示可見像素的EQE。
可見串擾中的NIR串擾可透過公式13求得。 公式13 其中： 公式14;                                                                                                                       以及
公式15
在公式14和公式15中，η vis(λ)是指可見像素的EQE，η IR(λ)是指NIR像素的EQE。
在公式10~15中，可見波長對應於具有380納米和780納米之間波長的光。另外，在公式10~15中，NIR波長對應於具有波長在925納米和955納米之間的光，其中最佳操作發生在940納米。本領域技術人員將認識到，公式10~15是說明性的例子，採用集成的EQE的各種組合的不同定義可用于其他應用。此外，在公式11、12、14和15的積分中使用的最大和最小波長限制也可以根據特定的應用而變化。
在公式11、12、14和15中，1(A)表示像素的EQE，並且是波長的函數。因此，像素裝置的 響應度與任何波長下的EQE成正比。EQE被測量/計算為一個百分比（例如，5%，10%等）。
圖14C是根據各種實施例描繪不同波長的EQE變化的示例圖。在圖14C中，圖表1480描繪包括在像素陣列內的NIR像素的外部量子效率曲線，其中該像素陣列包括可見像素和NIR像素。特別是，圖表1480描繪了三條軌跡，一條是兩個像素裝置都包括散射層，一條是只有部分散射層（例如，NIR像素包括散射層，以及一條是兩個像素裝置都不包括散射層。根據圖表1480，當可見像素不包括散射層，而NIR像素包括散射層（例如，IP SA）時，會出現像素陣列的最佳表現。在這種情況下，對於波長為550~700納米的入射光，紅色串擾可以被抑制。特別是，這些波長的紅色串擾被抑制，就像沒有散射層存在一樣。此外，紅色串擾的峰值出現在大約683納米處，其中紅色串擾可以通過對波長範圍（例如550~700納米）的量子效率進行積分來估計。此外，部分散射層配置（例如，可見像素沒有散射層，NIR像素有散射層）保持了高的NIR靈敏度。特別是，NIR靈敏度與像素陣列大致相等，其中可見像素和NIR像素都包括散射層。
圖15是根據各種實施例的包括多個像素陣列的示例性像素平面。雖然像素平面1500包括像素陣列600、610，但是可以使用本文描述的其他像素陣列（例如，100、110、620、630、6 40、650、1000、1010等）來代替像素陣列600、610。在一些實施例中，像素平面1500描繪了像素陣列600、610的方形陣列。例如，像素平面1500可以包括像素陣列600、610的9個實例排列成3×3的網格，像素陣列600、610的16個實例排列成4×4的網格等。在一些實施例中，像素平面1500可以包括不同的像素陣列。例如，包括在像素平面1500中的一些像素陣列可以是像素陣列600，而其他的可以是像素陣列1000。更進一步， 一些實施例包括像素平面1500具有相同類型的像素陣列（例如，像素陣列600的3×3網格），然而一個或多個像素陣列可能具有稍微不同的配置。例如，一個像素陣列上的抗反射塗層的厚度可能與相鄰像素陣列上的抗反射塗層的厚度不同。
圖16揭示根據各種實施例的固態影像裝置的示例性配置的方塊圖。在此實施例中，固態影像裝置1600可由CMOS影像感測器構成。此CMOS影像感測器可以是背面照明影像感測器（back-side illumination image sensor，BSI）。
如圖16所示，固態影像裝置1600可以包括作為影像捕捉部分的像素部件1620、垂直掃描電路1630（列掃描電路）、讀取電路1640（欄讀取電路）、水平掃描電路1650（欄掃描電路）和時序控制電路1660。在這些部件中，例如，垂直掃描電路1630、讀取電路1640、水平掃描電路1650和時序控制電路1660可以構成用於讀出像素信號的讀取部件1670。
在一些實施例中，固態影像裝置1600的像素可以在像素部件1620中以矩陣模式排列，並且每個多像素可以包括至少兩個子像素，每個子像素具有光電轉換區域。在一些實施例中，多像素可以包括至少在多像素的光電轉換區域的光進入部分將多個相鄰的子像素彼此分開的背面分離部分，以及允許光進入至少兩個子像素的光電轉換區域的單一透鏡部分。在一些實施例中，透鏡部分的光學中心可以定位在形成背面分離部分的位置，並且至少背面分離部分的光學中心區域表現出比背面分離部分的其他區域更低的反射（更高的吸收）。在一些實施例中，背面分離部件的光學中心區域比背面分離部件的其他區域表現出更低的反射（更高的吸收）。
在一些實施例中，多像素作為子像素的單元組，並被配置為NIR-RGB感測器。
以下簡要地描述固態影像裝置1600的部件的示例性配置和功能。
像素部件1620和多像素MPXL 1620的配置。
在像素部件1620中，多個多像素可以各自包括一個光電二極體（光電轉換部分）和一個像素內放大器被排列在由N列和M欄組成的二維矩陣中。
圖17是顯示根據各種實施例的固態影像裝置的像素部件中的多像素的示例性電路圖，其中四個子像素共用一個浮動擴散。在圖17的像素部件1620中，一個單位像素包括四個子像素，即第一子像素「Vis pixel 1」、第二子像素「NIR pixel 1」、第三子像素「NIR pixel 2」，及第四子像素「Vis pixel 2」，以2×2的方形幾何形狀排列。
第一子像素可以包括由第一光電轉換區和傳輸電晶體TG11-Tr形成的光電二極體PD11；第二子像素可以包括由第二光電轉換區和傳輸電晶體TG12- Tr形成的光電二極體PD12；第三子像素可以包括由第三光電轉換區和傳輸電晶體TG21-Tr形成的光電二極體PD21；第四子像素可以包括光電二極體PD22和傳輸電晶體TG22-Tr。
在像素部件1620的多像素MPXL20中，四個子像素（例如Vis pixel 1、Vis pixel 2、NI R pixel 1、NIR pixel 2）可以共用一個浮動擴散FD11、一個復位電晶體RST11-Tr、一個源極跟隨電晶體SF11-Tr及一個選擇電晶體SEL11-Tr。
在這樣的四個子像素的共用配置中，例如，第一子像素可以配置為R、G、及/或B、或清晰、或R、G、B、或帶有紅外切割的清晰中的任何一個子像素，第二子像素可以配置為NIR子像素，第三子像素可以配置為R、G、及/或B、或清晰、或R、G、B、或帶有紅外切割的清晰中的任何一個子像素，以及第四子像素可以配置為NIR子像素。例如， 第一子像素的光電二極體PD11可以作為第一綠色（G）光電轉換部分操作，第二子像素的光電二極體PD12可以作為NIR光電轉換部分操作，第三子像素的光電二極體PD21可以作為藍色（B）光電轉換部分操作，而第四子像素的光電二極體PD22可以作為NIR光電轉換部分操作。
光電二極體PD11、PD12、PD21、PD22可以是例如固定光電二極體（pinned photodiode，PPD）。在用於形成光電二極體PD11、PD12、PD21、PD22的基板表面上，可能由於懸空鍵或其他缺陷而存在表面水平，因此，可能由於熱能而產生電荷（暗電流），從而無法讀出正確的信號。在固定光電二極體（pinned photodiode，PPD）中，光電二極體PD的電荷積聚部分可以埋在基板中，以減少暗電流混入信號。
在一些實施例中，光電二極體PD11、PD12、PD21、PD22可以產生由入射光量決定的數量的信號電荷（在此是電子）並存儲相同的電荷。下文將對信號電荷為電子且每個電晶體為n型電晶體的情況進行描述。然而，也有可能信號電荷是空穴或每個電晶體是p型電晶體。
傳輸閘門電晶體TG11-Tr可以連接在光電二極體PD11和浮動擴散FD11之間，並且可以通過控制線（或控制信號）TG11來控制。在讀取部件1670的控制下，傳輸閘門電晶體TG11-Tr可以在控制線TG11處於預定的高電平(H)期間保持選擇並處於傳導狀態，以將由光電轉換產生並存儲在光電二極體PD11中的電荷（電子）轉移到浮動擴散FD11。
傳輸閘門電晶體TG12-Tr可以連接在光電二極體PD12和浮動擴散FD11之間，並通過控制線（或控制信號）TG12進行控制。在讀取部件1670的控制下，傳輸閘門電晶體TG12-Tr可以保持被選擇並處於在控制線TG12處於預定的高電平（H）期間，處於傳導狀態，將光電轉換產生的、儲存在光電二極體PD12中的電荷（電子）傳送到浮動擴散FD11。
傳輸閘門電晶體TG21-Tr可以連接在光電二極體PD21和浮動擴散FD11之間，並通過控制線（或控制信號）TG21進行控制。在讀取部件1670的控制下，傳輸閘門電晶體TG21-Tr可以在控制線TG21處於預定的高電平(H)的期間內保持選擇並處於傳導狀態，以將由光電轉換產生並存儲在光電二極體PD21中的電荷（電子）傳送到浮動擴散FD11。
傳輸閘門電晶體TG22-Tr可以連接在光電二極體PD22和浮動擴散FD11之間，並通過控制線（或控制信號）TG22控制。在讀取部件1670的控制下，傳輸閘門電晶體TG22-Tr可以在控制線TG22處於預定的高電平(H)的時期內保持選擇並處於導通狀態，以將由光電轉換產生並存儲在光電二極體PD22中的電荷（電子）傳送到浮動擴散FD11。
如圖17所示，復位電晶體RST11-Tr可以連接在電源線VDD（或電源電位）和浮動擴散FD11之間並通過控制線（或控制信號）RS T11控制。或者，復位電晶體RST11-Tr可以連接在不同於電源線VDD的電源線和浮動擴散FD之間，並通過控制線（或控制信號）RST11控制。在讀數部分1670的控制下，例如在讀數的掃描操作期間，重定電晶體R ST11-Tr可以保持選擇並在控制線RST11處於H電平的期間內處於導通狀態，以將浮動擴散FD11復位到電源線VDD（或VRst）的電位。
源極跟隨器電晶體SF11-Tr和選擇電晶體SEL11-Tr串聯在電源線VDD和垂直信號線LSGN之間。浮動擴散FD11可以連接到源極跟隨電晶體S F11-Tr的柵極，並且選擇電晶體SEL11-Tr可以通過控制線（或控制信號）SEL11來控制。在控制線SEL11處於H電平的期間，選擇電晶體SEL11-Tr可以保持選擇並處於導通狀態。通過這種方式，源極跟隨電晶體SF11- Tr可以輸出。到垂直信號線LSGN，一個欄輸出VSL（PIXOUT）的讀出電壓（信號），它是通過將浮動擴散FD11的電荷與由電荷量（電位）決定的增益轉換為電壓信號而得到的。
垂直掃描電路1630可以在時序控制電路1660的控制下通過列掃描控制線驅動快門以及讀出列中的子像素。此外，垂直掃描電路1630可以根據地址信號，輸出用於要讀出信號的讀出列和快門列的列位址的列選擇信號，在這些列中，光電二極體PD中積累的電荷被重置。
在一般像素讀取操作中，讀取部件1670的垂直掃描電路1630可以驅動像素執行快門掃描，然後讀取掃描。
讀取電路1640可以包括對應於像素部件1620的欄輸出配置的多個欄信號處理電路，並且讀取電路1640可以被配置成使得多個欄信號處理電路可以執行欄並行處理。讀取電路1640可以包括相關雙採樣（correlated double sampling，CDS）電路、類比至數位轉換器（analog-to-digital converter，ADC）、放大器（amplifier，AMP）、採樣/保持（sample/hold，S/H）電路，以及諸如此類。
圖18A~18C揭示根據各種實施例的讀取電路中的欄信號處理電路的示例性配置。如上所述，並且如圖18A所示，例如，讀取電路1640可以包括ADC 1800，用於將來自像素部件1620的欄輸出的讀出信號VSL轉換為數位信號。或者，如圖18 B所示，例如，讀取電路1640可以包括放大器（amplifier，AMP） 1820，用於放大來自像素部件1620的欄輸出的讀出信號VSL。也可以如圖18C所示，例如，讀取電路1640可以包括採樣/保持（sample/hold，S/ H）電路1840，用於從像素部件1620的欄輸出採樣/保持讀出信號VSL。
水平掃描電路1650可以掃描在讀取電路1640的多個欄信號處理電路（例如ADC）中處理的信號，以水平方向傳輸信號，並將信號輸出到信號處理電路（未顯示）
時序控制電路1660可以產生在像素部件1620、垂直掃描電路1630、讀取電路1640、水平掃描電路1650等的信號處理所需的定時信號。
圖19揭示根據各種實施例的用於製造像素陣列的示例性程序1900。在一些實施例中，程序1900可以在動作1902中開始。在動作1902中，可以獲得用於像素陣列的佈局的遮罩。在動作1904中，可獲得基板和光刻膠層（例如，要施加到基板表面的光阻材料）。在動作1906中，可將光刻膠層暴露於光下並進行蝕刻。在動作1908中，源極和汲極區域可被植入基板，基板觸點也可被植入。在動作1910中，可建立用於基板的觸點和通孔。在動作1912 中，金屬層可以在基板上沉積和圖案化。
在一些實施例中，像素陣列製造過程包括一個或多個光刻步驟以製造像素陣列。在一些情況下，為了開始，可以選擇一個基板，該基板將被用作要製造的像素陣列（或其他感測器）的基底。該基板可以是P型基板或N型基板（取決於要製作的基板）。在一些實施例中，該基板是矽基板。
接下來可以在基板上形成氧化層。例如，可允許在矽基板的表面上生長矽- 氧化物層。在氧化層形成後，可將光刻膠層施加到氧化層上。選擇一個包括要製作的圖案在內的遮罩。紫外線（ultraviolet，UV）光照射在遮罩上，使圖案（例如，遮罩的圖案）在基板上產生。在一些情況下，光敏層的暴露部分可以被蝕刻掉。然而，在一些情況下，要去除的部分可能被覆蓋，而要保留的部分可能沒有被覆蓋（取決於光刻膠層的特性）。
在一些情況下，在施加紫外光之後，可以進行蝕刻以去除作為在光阻中形成的圖案的結果而暴露的氧化層。然後，光刻膠層的剩餘部分可以被移除，留下通過曝光和蝕刻形成的氧化層圖案，暴露出基板的表面。在一些情況下，n型或p型雜質可能會擴散到基板（例如，分別是p型基板或n型基板）。在一些在實施過程中，氧化層可以在雜質擴散到基板後被移除。
一些情況下，在施加任何層之前，n孔或p孔可以在基板內形成。在此情況下，為了形成NMOS/PMOS電晶體的柵極，可將氧化層和光刻膠層或多晶矽層施加到基板的表面。在這種情況下，類似於上面詳述的步驟（例如，如將氧化層施加到基板上，施加光刻膠層，將光刻膠層暴露在紫外光下，蝕刻等）。
在方塊圖中，圖示的元件被描繪成分開的功能塊，但是實施例不限於本文所述的功能所組織成的系統。由每個元件提供的功能可以由軟體或硬體模組提供，其組織方式可不同於目前描述，例如，此類的軟體或硬體可以是混合的、結合的、複製的、分解的、分佈的（例如，在資料中心內或地理上），或以其他不同的組織方式。本文所述的功能可由一台或多台電腦的一個或多個處理器提供，這些處理器執行存儲在有形、非暫時性、機器可讀介質上的代碼。在一些情況下，儘管使用了單數用語「媒介」，但指令可以分佈在與不同計算設備相關聯的不同儲存裝置上，例如，每個計算設備具有不同的指令子集，這是與本文單數術語「媒介」的用法相一致的實現。在某些情況下，第三方內容交付網絡可能會託管通過網絡傳送的部分或全部信息，在這種情況下，在據說提供或以其他方式提供的信息（例如內容）的範圍內，可以通過發送信息來提供信息。
讀者應該理解，本申請揭露了幾種獨立可行的技術。申請人沒有將這些技術分成多個獨立的專利申請，而是將這些技術組合成到一個文件中，因為它們相關的主題在申請過程中有利於節省開支。但這些技術的獨特優勢和方面不應混為一談。在一些情況下，實施例解決了本文指出的所有缺陷，但應該理解，這些技術是獨立可實施的，並且一些實施例只解決了此類問題的一部分，或提供了其他未提及的好處，對於那些審查本公開內容的本領域技術人員來說是顯而易見的。由於成本的限制，本文所披露的一些技術可能不會在目前提出權利要求，而可能在以後的申請中提出權利要求，如透過繼續申請或通過修改本權利要求。同樣，由於篇幅限制，本文的摘要和發明內容部分都不應被視為包含所有此類技術或此類技術的所有方面。
應當理解，描述和附圖並非旨在將本技術限制在所披露的特定形式，相反，其意圖是涵蓋屬於所附權利要求書定義的本技術的精神和範圍內的所有修改、等同物和替代物。根據本說明，本技術各方面的進一步修改和替代實施方案對於本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，本說明和附圖應被解釋為僅是說明性的，其目的是向本領域的技術人員傳授實施本技術的一般方式。應當理解的是，本文所示和描述的本技術的形式應被視為實施例。元素和材料可以被替換為本文所說明和描述的那些元素和材料，部分和過程可以被顛倒或省略，本技術的某些特徵可以被獨立使用，所有這些對於本領域的技術人員來說，在得到本技術描述的好處後都是顯而易見的。在不背離以下權利要求書中所描述的本技術的精神和範圍的情況下，可以對本文所描述的元素進行修改。此處使用的標題僅用於組織目的，並不意味著用於限制描述的範圍。
在本申請中，「可以」一詞是在允許的意義上使用的（即意味著有可能），而不是在強制的意義上（即意味著必須）。詞語「包括」、「包含」和「具有」等是指包括，但不限於。在本申請中，除非內容明確指出，單數形式的「一」、「一個」及「該」包括複數指代。因此，例如，提及「一個元素」或「一個元素」包括兩個或多個元素的組合，儘管使用了其他術語和短語來表示一個或多個元素，如「一個或多個」。除非另有說明，術語「或」是非排他性的，即包括「和」和「或」。描述條件的術語關係，例如，「針對X，Y」，「基於在X，Y」，「如果X，Y」，「當X，Y」等，包括因果關係，其中前因是一個必要的因果條件，前因是一個充分的因果條件，或者前因是後果的一個促成的因果條件，例如，「X狀態發生在條件Y獲得時」是通用於「X僅發生在Y」和「X發生在Y和Z」。這種條件關係並不局限於在前述條件獲得後立即出現的後果，因為有些後果可能是延遲的，在條件陳述式中，前述條件與它們的後果相關聯，例如，前述條件與後果發生的可能性相關。語句中，多個屬性或功能被映射到多個物件（例如，一個或多個處理器執行步驟A、B、C和D），既包括所有這些屬性或功能被映射到所有這些物件，也包括屬性或功能的子集被映射到屬性或功能的子集（例如。除非另有說明，否則既包括所有執行步驟A~D的處理器，也包括處理器1執行步驟A，處理器2執行步驟B和步驟C的一部分，處理器3 執行步驟C和步驟D的一部分的情況）。此外，除非另有說明，一個值或行動「基於」另一個條件或值的陳述包括條件或值是唯一因素的情況和條件或值是多個因素中的一個因素的情況。除非另有說明，某些集合的「每個」實例具有某些屬性的聲明不應理解為排除較大集合的某些相同或類似成員不具有該屬性的情況，即每個不一定意味著每個。除非明確規定，否則不應該在權利要求書中讀到對所述步驟順序的限制，例如，使用明確的語言，如「在執行X後，執行Y」，與可能被不適當地爭論為暗示順序限制的陳述相反，如「對物件執行X，對執行過X的物件執行Y」，用於使權利要求書更可讀而不是指定順序的目的。提到「至少A、B、C中的Z個」等語句（例如，「至少A、B、C中的Z個」），指的是所列類別（A、B、C）中的至少Z個，並不要求每個類別中至少有Z個單元。除非特別說明，從討論中可以明顯看出，在本說明書中，利用諸如「處理」、「運算」、「計算」、「確定」或類似術語的討論是指特定設備的動作或過程，如特殊用途電腦或類似的特殊用途電子處理/計算裝置。參照幾何結構描述的特徵，如「平行」、「垂直/正交」、「正方形」、「圓柱形」等，應理解為包括基本體現幾何結構特性的專案，例如，提及 「平行」表面就包括基本平行的表面。這些幾何結構的允許的偏離柏拉圖理想的範圍應參照說明書中的範圍來確定，如果沒有說明這種範圍，則參照使用領域的行業規範，如果沒有定義這種範圍，則參照指定特徵的製造領域的行業規範，如果沒有定義這種範圍，實質上體現幾何結構的特徵應解釋為包括該幾何結構的定義屬性中15%以內的那些特徵。術語「第一」、「第二」、「第三」、「給定」等，如果在權利要求書中使用，是為了區分或以其他方式識別，而不是為了顯示順序或數位限制。正如本領域的普通用法一樣，參照人類突出的用途所描述的資料結構和格式不需要以人類可理解的格式來構成所描述的資料結構或格式，例如。文本不需要以Unicode 或ASCII編碼呈現或甚至編碼來構成文本；影像、地圖和資料視覺化不需要分別顯示或解碼來構成影像、地圖和資料視覺化；語音、音樂和其他音訊不需要分別通過揚聲器發出或解碼來構成語音、音樂或其他音訊。
本領域的技術人員將認識到，本發明的教導可進行各種修改及/或增強。例如，儘管上述各種元件的實現可以體現在硬體設備中，但它也可以實現為僅有的軟體解決方案- 例如，在現有伺服器上的安裝。此外，本文披露的對話管理技術可以作為固件、固件/軟體組合、固件/硬體組合或硬體/固件/軟體組合來實現。
雖然上文已經描述了被認為構成本發明教義及/或其他實例的內容，但可以理解的是，可以對其進行各種修改，本文披露的主題可以以各種形式和實例實現，並且本發明教義可以應用于眾多的應用，這裡只描述了其中的一部分。以下權利要求旨在要求屬於本教義真正範圍內的任何和所有應用、修改和變化。
參照以下列舉的實施例，將更好地理解本技術。 1. 一種像素陣列，包括：配置為接收可見光的第一像素；配置為接收近紅外（near-infrared，NIR）光的第二像素；配置在第一像素和第二像素之間的隔離結構，其中隔離結構具有小於或等於第二高度的第一高度，第二高度為第一像素和第二像素的高度；以及配置在第一像素或第二像素中至少一個的上表面的散射層。 2. 實施例1的像素陣列，進一步包括以下的至少一個：配置在第一像素的上表面的第一抗反射塗層；配置在第二像素的上表面的第二抗反射塗層；或配置在隔離結構的每個表面的第三抗反射塗層，其中第一抗反射塗層有第一厚度，第二抗反射塗層有第二厚度。 3. 實施例2的像素陣列，其中：第一厚度小於第二厚度，第二厚度小於第一厚度，或者第一厚度等於第二厚度。 4. 實施例2~3中任一項的像素陣列，其中第三抗反射塗層沿隔離結構的第一內表面具有第一內表面厚度，沿隔離結構的第二內表面具有第二內表面厚度，以及沿隔離結構的底面具有底面厚度。 5. 實施例4的像素陣列，其中第一內表面厚度、第二內表面厚度和基底表面厚度至少有一個：彼此相等，彼此不同，或沿隔離結構的相應表面變化。 6. 實施例2~5中任一項的像素陣列，其中：對於第一厚度小於80納米，第一像素具有最大的峰值外量子效率（external quantum efficiency，EQE）；對於第二厚度大於或等於80納米，第二像素對於具有940納米波長的入射光的響應度達到最大。 7. 實施例2~6中任一項的像素陣列，其中第一厚度小於或等於小於或等於第二厚度的基面厚度，或者第二厚度小於或等於小於或等於第一厚度的基面厚度。 8. 實施例2~7中任一項的像素陣列，其中，第一厚度、第二厚度或第一厚度和第二厚度，小於或等於80納米或小於或等於140納米。 9. 實施例2~8中任一項的像素陣列，其中一個或多個層被佈置在第一抗反射塗層、第二抗反射塗層或第三抗反射塗層中的至少一個之下，包括一個或多個層。 10. 實施例9的像素陣列，其中一個或多個層包括兩個或多個由選自以下一組的材料形成的層：矽、鋁、鉭、鈦和鉿的氧化物。 11. 實施例2~10中任一項的像素陣列，其中散射層被設置在第二像素的上表面。 12. 實施例10的像素陣列，其中散射層是由多個反向的三維（3D）結構形成。 13. 實施例12的像素陣列，其中多個反向的三維結構包括倒金字塔結構陣列，其中倒金字塔結構陣列的每個金字塔結構都有一個具有第一長度的底座，相鄰金字塔結構之間的距離為第二長度，其中第二像素的間距等於第一長度加上第二長度。 14. 實施例11~13中任一項的像素陣列，其中散射層由多個三維（3D）結構形成，其中每個三維結構的形狀至少是：圓錐形、圓柱形、多邊形或正弦形之一。 15. 實施例14的像素陣列，其中散射層包括至少兩個具有不同形狀的三維結構。 16. 實施例1~15中任一項的像素陣列，其中隔離結構是背面深溝隔離（backside deep trench isolation，BDTI）結構。 17. 實施例16的像素陣列，其中BDTI結構是一個部分BDTI結構或一個完整的BDTI結構。 18. 實施例1~17中任一項的像素陣列，進一步包括：配置在第一像素上的第一微透鏡和配置在第二像素上的第二微透鏡。 19. 實施例1~17中任一項的像素陣列，進一步包括：設置在第一像素和第二像素上的微透鏡。 20. 實施例1~17中任一項的像素陣列，進一步包括。第一像素的附加實例；以及第二像素的附加實例， 其中第一像素位於像素陣列的第一象限，第二像素位於像素陣列的第二象限，第一像素的附加實例位於像素陣列的第三象限，以及第二像素的附加實例位於像素陣列的第四象限， 第一象限與第三象限對角，而第二象限與第四象限對角。 21. 實施例20的像素陣列，進一步包括：至少一個微透鏡。 22. 實施例21的像素陣列，其中至少一個微透鏡包括四個微透鏡，每個微透鏡配置在第一像素、第二像素、第一像素的附加實例和第二像素的附加實例之一上。 23. 實施例1~22中任一項的像素陣列，進一步包括：設置在第一像素上的可見彩色濾光片，並被配置為過濾掉具有可見光譜以外波長的光；以及設置在第二像素上的NIR彩色濾光片，被配置為過濾掉具有近紅外光譜以外波長的光。 24. 實施例1~23中任一項的像素陣列，其中該像素陣列被配置為接收具有380納米和1000納米之間波長的光。 25. 實施例1~24中任一項的像素陣列，其中散射層包括多個週期性的反向結構；而多個反向結構的間距定義了一個反向結構的起始點與相鄰反向結構的起始點之間的距離。 26. 實施例25的像素陣列，其中間距大於或等於將由第二像素接收的NIR光的波長的一半。 27. 實施例25~26中任一項的像素陣列，其中間距等於(i)來自多個反向結構的反向結構的底部的寬度和(ii)兩個連續反向結構之間的間隙的寬度。 28. 實施例27的像素陣列，其中間隙的寬度大約為零，像素陣列的響應度被最大化。 29. 實施例25~28中任一項的像素陣列，其中來自多個反向結構的每個反向結構的高度大於100納米。 30. 實施例25~29中任一項的像素陣列，其中多個反向結構包括多個倒金字塔結構，多個倒金字塔結構中每個倒金字塔結構的頂點的角度大於90度。 31. 實施例25~30中任何一個的像素陣列，其中間距在多個反向結構之間變化。 32. 一種像素陣列，包括：配置為接收可見光的第一像素；配置為接收近紅外（near-infrared，NIR）光 的第二像素；配置在第一像素和第二像素之間的隔離結構，其中隔離結構具有小於或等於 第二高度的第一高度，第二高度是第一像素和第二像素的高度；以及至少一種抗反射塗層。 33. 實施例32的像素陣列，其中，至少一個抗反射塗層包括以下的至少一個：配置在第一像素的上表面的第一抗反射塗層；配置在第二像素的上表面的第二抗反射塗層；或第三抗反射設置在隔離結構的每個表面上的塗層，其中，第一抗反射塗層具有第一厚度，第二抗反射塗層具有第二厚度。 34. 實施例32的像素陣列，其中：第一厚度小於第二厚度，第二厚度小於第一厚度，或者第一厚度等於第二厚度。 35. 實施例33~34中任一項的像素陣列，其中第三抗反射塗層沿隔離結構的第一內表面具有第一內表面厚 度，沿隔離結構的第二內表面具有第二內表面厚度，以及沿隔離結構的底面具有基面厚度。 36. 實施例35的像素陣列，其中第一內表面厚度、第二內表面厚度和基底表面厚度至少是以下之一：彼此相等，彼此不同，或沿隔離結構的相應表面變化。 37. 實施例33~36中任一項的像素陣列，其中第一厚度小於或等於小於或等於第二厚度的基面厚度，或者第二厚度小於或等於小於或等於第一厚度的基面厚度。 38. 實施例33~37中任一項的像素陣列，其中，第一厚度、第二厚度或第一厚度和第二厚度，小於或等於80納米或小於或等於140納米。 39. 實施例32~38中任一項的像素陣列，其中在第一抗反射塗層、第二抗反射塗層或第三抗反射塗層中的至少一個下配置了一個或多個層。 40. 實施例39的像素陣列，其中該一個或多個層包括兩個或多個由選自以下一組的材料形成的層：矽、鋁、鉭、鈦和鉿的氧化物。 41. 實施例32~40中任一項的像素陣列，進一步包括：設置在第一像素或第二像素中至少一個的上表面的散射層。 42. 實施例41的像素陣列，其中散射層被佈置在第二像素的上表面。 43. 實施例41的像素陣列，其中散射層被佈置在第一像素的上表面。 44. 實施例41的像素陣列，其中散射層被配置在第一像素和第二像素的上表面。 45. 實施例41~44中任一項的像素陣列，其中散射層是由多個反向的三維（3D）結構形成。 46. 實施例45的像素陣列，其中多個反向的三維結構包括倒金字塔結構陣列，其中倒金字塔結構陣列的每個金字塔結構都有一個具有第一長度的底座，而相鄰的金字塔結構之間的距離為第二長度，其中第二像素的間距等於第一長度加第二長度。 47. 實施例41~46中任一項的像素陣列，其中散射層由多個三維（3D）結構形成，其中每個三維結構的形狀至少是：圓錐形、圓柱形、多邊形或正弦形之一。 48. 實施例47的像素陣列，其中該散射層包括至少兩個具有不同形狀的三維結構。 49. 實施例41~48中任一項的像素陣列，其中散射層包括多個週期性的反向結構；以及多個反向結構的間距定義了一個反向結構的起始點與相鄰反向結構的起始點之間的距離。 50. 實施例49的像素陣列，其中該間距大於或等於將由第二像素接收的NIR光波長的一半。 51. 實施例49~50中任一項的像素陣列，其中間距等於(i)來自多個反向結構的反向結構的基底的寬度和(ii)兩個連續反向結構之間的間隙的寬度。 52. 實施例51的像素陣列，其中間隙的寬度大約為零，像素陣列的響應度被最大化。 53. 實施例49~52中任一項的像素陣列，其中來自多個反向結構的每個反向結構的高度大於100納米。 54. 實施例49~53中任一項的像素陣列，其中多個反向結構包括多個倒金字塔結構，多個倒金字塔結構中每個倒金字塔結構的頂點的角度大於90度。 55. 實施例49~54中任一項的像素陣列，其中間距在多個反向結構之間變化。 56. 實施例32~55中任一項的像素陣列，其中隔離結構是背面深溝隔離（backside deep trench isolation，BDTI）結構。 57. 實施例56的像素陣列，其中BDTI結構是一個部分BDTI結構或一個完整的BDTI結構。 58. 實施例32~57中任一項的像素陣列，進一步包括：配置在第一像素上的第一微透鏡和配置在第二像素上的第二微透鏡。 59. 實施例32~58中任一項的像素陣列，進一步包括：設置在第一像素和第二像素上的微透鏡。 60. 實施例32~59中任一項的像素陣列，進一步包括。第一像素的附加實例；以及第二像素的附加實例， 其中第一像素位於像素陣列的第一象限，第二像素位於像素陣列的第二象限，第一像素的附加實例位於像素陣列的第三象限，以及第二像素的附加實例位於像素陣列的第四象限， 第一象限與第三象限對角，而第二象限與第四象限對角。 61. 實施例60的像素陣列，進一步包括：至少一個微透鏡。 62. 實施例61的像素陣列，其中該至少一個微透鏡包括四個微透鏡，每個微透鏡配置在第一像素、第二像素、第一像素的附加實例和第二像素的附加實例中的一個上。 63. 實施例32~62中任一項的像素陣列，進一步包括：配置在第一像素上的可見彩色濾光片，被配置為過濾掉具有可見光譜以外波長的光；以及配置在第二像素上的NIR彩色濾光片，被配置為過濾掉具有近紅外光光譜以外波長的光。 64. 實施例62~63中任一項的像素陣列，其中該像素陣列被配置為接收具有380納米和1000納米之間波長的光。 65. 一種像素陣列，包括：被配置為接收可見光的第一像素；被配置為接收近紅外（near-infrared，NIR）光的第二像素；以及設置在第一像素和第二像素之間的隔離結構，其中隔離結構具有小於或等於第二高度的第一高度，第二高度是第一像素和第二像素的高度，其中第一像素和第二像素的量子效率利用多層薄層堆疊實現最大化。 66. 實施例1~65的像素陣列，其中光刻步驟用於製造該像素陣列。
100、110、120、130、140、150、400、410、420、430、440、450、600、610、620、630、640、650、1000、1010、1020、1030、1040、1050:像素陣列 608、716、920、1148、1322、1324:散射層 108:散射結構 202、502:入射光 106a~106d、126a、126b 、136、204a、204b、244、406a~406d、426a、426b、436、504a、504b、544、606a~606d、626a、626b、646、1006a~1006d、1026a、1026b、1046:微透鏡層 206、506:基板 208a、508a:可見彩色濾光片 208b、508b:近紅外彩色濾光片 102a、102b、210、402a、402b、602a、602b、710、1002a、1002b、1110、1150、1210、1310:可見像素 104a、104b、212、404a 、404b、604a、604b、712、1004a、1004b、1112、1152、1212、1312:近紅外像素 214、408、514、714、1114、1214、1314:隔離結構 216、516:反向結構 218、518、718、904、1116、1118、1120a~1120c、1144、1146、1216、1218、1220a、1220b、1316、1318、1320:抗反射塗層 h、t:高度 220、240、260、280、290、500A、500B、540A、540B、560、580、700A、700B、750A、750B、1100A、1100B、1120A、1120B、1140A、1140B、1160A、1160B、1200A、1200B、1250A、1250B、1300、1330、1350、1370:截面視圖 262、266、268、582、802、902:光 264:底部表面 270、570:連接部分 520、524:入口 522、564:上表面 562:基座 572:下表面 575:放大視圖 p1:金字塔結構寬度 p2:金字塔結構間隙 θ:角度 800、900、960、990:介面 802 ni、nt:折射率 θi、θinc:入射角 θt:透射角 820、940、980、995、1450:圖表 906:附加層 w1、w2、w3A、w3B、w3C:厚度 1400、1450:強度圖 1500:像素平面 1600:固態影像裝置 1620:像素部件 1630:垂直掃描電路 1640:讀取電路 1650:水平掃描電路 1660:時序控制電路 1670:讀取部件 TG11-Tr、TG12- Tr、TG21-Tr、TG22-Tr:傳輸電晶體 PD11、PD12、PD21、PD22:光電二極體 Vis pixel 1、Vis pixel 2、NI R pixel 1、NIR pixel 2:子像素 TG11、TG12、TG21、TG22、SEL11:控制線 SF11-Tr:源極跟隨器電晶體 SEL11-Tr:選擇電晶體 RST11-Tr:復位電晶體 LSGN:垂直信號線，一個 VSL（PIXOUT）:欄輸出 FD11:浮動擴散 VDD:電源線 AMP、1820:放大器 S/H、1840:採樣/保持電路 ADC、1800:類比至數位轉換器 1900:程序 1902~1912:動作
當根據以下附圖閱讀本申請時，將更好地理解本技術的上述方面和其他方面的技術，附圖中相似的標號指示相似或相同的元件：
圖1A~1F是根據各種實施例的示例性像素陣列，像素陣列包括可見像素和近紅外像素，可見像素和近紅外像素各自包括反向結構。
圖2A~2F是根據各種實施例，對於圖1A~1F的像素陣列的示例性截面。
圖3是根據各種實施例，對於圖1A~1F的示例性像素陣列中不同波長的外部量子效率變化的示例圖。
圖4A~4F是根據各種實施例的示例性像素陣列，像素陣列包括具有散射層的近紅外像素和不包括散射層的可見像素。
圖5A~5G是根據各種實施例，對於圖4A~4F的像素陣列的示例性截面。
圖6A~6F是根據各種實施例的示例性像素陣列，像素陣列包括具有散射層的可見像素和不包括散射層的近紅外像素。
圖7A~7D是根據各種實施例，對於圖6A~6F的像素陣列的示例性截面。
圖8A及圖8B是根據各種實施例的入射光線在氧化矽介面的反射情況的示例圖和圖表。
圖9A-9G是根據各種實施例的入射光線在包括抗反射層的氧化矽介面的反射情況的示例圖和圖表。
圖10A~10F是根據各種實施例的示例性像素陣列，像素陣列包括可見像素和近紅外像素，兩者不包括散射層。
圖11A~11D是根據各種實施例，對於圖10A~10F的像素陣列的示例性截面，其中抗反射塗層應用至氧化矽介面（例如，氧化層和矽層之間的介面）和表面（例如，壁）。
圖11E~11H是根據各種實施例的包括隔離結構的像素陣列的截面示例圖，隔離結構具有應用於氧化矽介面、散射層的外表面和隔離結構的表面的抗反射塗層。
圖12A~12D是根據各種實施例，對於圖4A~4F的像素陣列的示例性截面，圖像素陣列包括全隔離結構。
圖13A~13D是根據各種實施例，對於圖1A~1F的示例性像素陣列的截面示例圖，像素陣列包括可見像素和近紅外像素，兩者都包括散射層和抗反射塗層，例如在氧化矽介面上和在隔離結構的一個或多個壁的表面。
圖14A和圖14B是根據各種實施例的反向結構在相鄰像素之間的紅色串擾的影響的強度示例圖。
圖14C是根據各種實施例的不同波長的外部量子效率變化的示例圖。
圖15是根據各種實施例的示例性像素平面，像素平面包括多個像素陣列。
圖16是根據各種實施例的固態影像設備的示例性配置的示例性方塊圖。
圖17是根據各種實施例在固態影像裝置的像素部件中的多個像素的示例性電路圖，其中四個子像素共用一個浮動擴散。
圖18A~18C是根據各種實施例的讀取電路中的欄信號處理電路的示例性配置。
圖19是根據各種實施例的製造像素陣列的示例性程序。
雖然本發明的技術易受各種修改和替代形式的影響，但其具體實施方案在附圖中以示例方式顯示，並將在此詳細描述。附圖可能不是按比例繪製的。然而，應當理解的是， 附圖及其詳細描述並不是要將本技術限制在所披露的特定形式，而是相反，其目的是涵蓋所有的修改，屬於所附權利要求書所定義的本技術的精神和範圍內的等效物和替代物。
100:像素陣列
202:入射光
204a、204b:微透鏡層
206:基板
208a:可見彩色濾光片
208b:近紅外彩色濾光片
210:可見像素
212:近紅外像素
214:隔離結構
216:反向結構
218:抗反射塗層
h:高度

Claims (25)

  1. 一個像素陣列，包括： 一第一像素，被配置為接收可見光； 一第二像素，被配置為接收近紅外（near-infrared，NIR）光； 一隔離結構，設置在該第一像素與該第二像素之間，其中該隔離結構具有小於或等於一第二高度的一第一高度，該第二高度為該第一像素及該第二像素的高度； 一散射層，形成於該第一像素或該第二像素中的至少其中之一的上方；以及 至少一抗反射層，形成於該第一像素及該第二像素的頂面上。
  2. 如請求項1的像素陣列，其中該隔離結構是一個背面深溝隔離（backside deep trench isolation，BDTI）結構。
  3. 如請求項1所述的像素陣列，其中該散射層為： 形成於該第一像素之上，但未形成於該第二像素之上； 形成於該第二像素之上，但未形成於該第一像素之上；或 形成於該第一像素及該第二像素之上。
  4. 如請求項1所述的像素陣列，其中： 該第一像素包括一可見彩色濾光片，該可見彩色濾光片被配置為過濾掉具有可見光光譜以外波長的光；以及 該第二像素包括一近紅外彩色濾光片，該近紅外彩色濾光片被配置為過濾掉具有近紅外光譜以外波長的光。
  5. 如請求項1所述的像素陣列，其中該像素陣列被配置為接收具有380納米和1,000納米之間波長的光。
  6. 如請求項1所述的像素陣列，其中該散射層包括複數個三維（3- dimensional，3D）反向結構。
  7. 如請求項6所述的像素陣列，其中該複數個三維反向結構中的每個三維反向結構的形狀包括以下至少一種：金字塔形、錐形、圓柱形、多邊形或正弦形。
  8. 如請求項6所述的像素陣列，其中包括在該散射層中的該複數個三維反向結構的數量、該複數個三維反向結構中的每一個的尺寸，以及該複數個三維反向結構中相鄰的三維反向結構之間的距離被選擇用來使該像素陣列的表現最大化。
  9. 如請求項1所述的像素陣列，其中該至少一個抗反射層是由複數個層組成。
  10. 如請求項9所述的像素陣列，其中該複數個層包括由一種或多種材料形成的兩個或多個層，該一種或多種材料從氧化鋁、氧化鉭、氧化鈦、氧化鉿、氧化物、氮化物、半導體的碳化物或金屬的氮化物中選擇。
  11. 如請求項10所述的像素陣列，其中： 該氧化物、該氮化物及該半導體的碳化物包括二氧化矽、氮化矽或碳化矽中的至少一種；以及 該金屬的氮化物包括氮化鋁、氮化鉭、氮化鉿、氮化鈦或氮化鎵中的至少一種。
  12. 如請求項1所述的像素陣列，其中一微透鏡（microlens，ML）層形成於該第一像素及該第二像素的每一個上。
  13. 如請求項1所述的像素陣列，更包括： 一第三像素，也被配置為接收可見光； 一第四像素，也被配置為接收近紅外光； 新增的一隔離結構，設置在該第三像素與該第四像素之間的，其中新增的該隔離結構具有該第一高度，以及該第三像素及該第四像素也為該第二高度；以及 新增的複數個反向結構，形成於該第四像素的上方，其中新增的該複數個反向結構未形成於該第三像素的上方，該至少一抗反射層也被設置在該第三像素及該第四像素的頂面。
  14. 如請求項13所述的像素陣列，其中： 一第一微透鏡（microlens，ML）層，形成於該第一像素及該第二像素之上；以及 一第二ML層，形成於該第三像素和該第四像素之上。
  15. 如請求項13所述的像素陣列，其中一微透鏡層形成於該第一像素、該第二像素、該第三像素及該第四像素之上。
  16. 如請求項1所述的像素陣列，其中： 該散射層包括複數個三維（3-dimensional，3D）反向結構； 該複數個三維反向結構是週期性的；以及 該複數個三維反向結構中的每一個的一間距定義了一個反向結構的開始和相鄰的一個反向結構的開始之間的距離。
  17. 如請求項16所述的像素陣列，其中該間距大於或等於由該第二像素接收的近紅外光的波長的一半。
  18. 如請求項16所述的像素陣列，其中該間距等於(i)來自複數個三維反向結構的每個三維反向結構的一底部的一寬度和(ii)兩個連續的反向結構之間的一間隙的一寬度。
  19. 如請求項18所述的像素陣列，其中該間隙的該寬度大約為零，該像素陣列的一響應度被最大化。
  20. 如請求項16所述的像素陣列，其中來自該複數個三維反向結構的每個三維反向結構的一高度大於100納米。
  21. 如請求項16所述的像素陣列，其中該複數個三維反向結構包括複數個三維倒金字塔結構，該複數個三維倒金字塔結構中的每個三維倒金字塔結構的一頂點的一角度大於90度。
  22. 如請求項16所述的像素陣列，其中該複數個三維反向結構的形狀包括：圓錐形、圓柱形、多邊形、金字塔形或正弦形中的至少一個。
  23. 如請求項16所述的像素陣列，其中該間距依據跨該複數個三維反向結構而變化。
  24. 一種影像處理裝置，包括： 一個或多個像素陣列，其中一個或多個該像素陣列中的每個像素陣列包括： 一第一像素，被配置為接收可見光； 一第二像素，被配置為接收近紅外（near-infrared，NIR）光； 一隔離結構，設置在該第一像素與該第二像素之間，其中該隔離結構具有小於或等於一第二高度的一第一高度，該第二高度為該第一像素及該第二像素的高度； 複數個反向結構，形成於該第二像素上方，其中該反向結構未形成於該第一像素上方；以及 至少一抗反射層，形成於該第一像素及該第二像素的頂面。
  25. 一種像素陣列，包括： 一第一像素，被配置為接收可見光； 一第二像素，被配置為接收近紅外（near-infrared，NIR）光； 一隔離結構，設置在該第一像素與該第二像素之間，其中該隔離結構具有小於或等於一第二高度的一第一高度，該第二高度為該第一像素及該第二像素的高度；以及 至少一抗反射層，形成於該第一像素及該第二像素的頂面，其中該第一像素及該第二像素的量子效率透過使用多層薄層堆疊達到最大化。
TW111144203A 2021-11-19 2022-11-18 包括可見光和近紅外感測器的像素陣列的反向結構設計 TW202332029A (zh)

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