TW488071B - Phase grating image sensor and its manufacturing method - Google Patents

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經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 488071 7277twf.doc/006 A7 __B7_____ 五、發明說明（/ ) 本發明是有關於一種影像感測器（Image Sensing Devlce)及其製造方法，且特別是有關於一種相位光柵式 (Phase Grating)影像感測器及其製造方法。 影像感測器係利用將光線射入二極體上，並依據光線 射入之量以產生光電子（Photoelectrons)。而影像感測器 係由許多二極體呈陣列式排列，如同圖元（Pixel)。然後， 每一二極體將依照影像感測器上之影像投出亮度產生電 荷，且在光線射入二極體之前，會先通過一彩色濾光層， 以使單一顏色組成之光轉換成電流。 第1圖是習知一種影像感測器結構圖。 請參照第1圖，習知之影像感測器結構係在已形成有 數個二極體（Photodiode)102之基底100上，形成隔離結 構104於各個二極體102之間。之後，在二極體102與隔 離結構104之表面上依序形成有一平坦層（Smoothing 1^76〇106與一彩色濾光層（0〇1(^?丨1161：1^761：)108，其 中彩色濾光層108係位於平坦層106之中，而與平坦層106 成一三明治結構。最後，在平坦層106上形成一聚光層 (Condense Lens Layer)112，其中聚光層112係由數個微 透鏡（Microlens)結構所組成。 習知之影像感測器是利用由數個微透鏡所組成之聚光 層，以提高影像感測器之靈敏度（Sens:it1V1ty)，並減少 模糊之現象（Smear Phenomenon)。然而，通常以熱流製程 (Thermal Flow Procedure)所形成之微透鏡，其製程所需 控制之因子相當繁雜，例如熱流溫度、壓力等等。且通常 3 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） " " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) • · ·ΒΙ·Ι a··· maa · · » 如-> n —i ϋ urn ϋ I— $mmm I 赢 488071 Λ7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7 2 77twfl .doc/008 ^ m οQ111-^-2^ w m a---修正 ΰ，!·. 2_〇〇2. j. ^五、發明說明（）） 微透鏡所使用之材質爲感光樹脂（Photosens i t ive Resin)，而使得製造成本較爲昂貴。此外，習知所形成之 微透鏡之局度114必須大於微透鏡底部寬度之一半116 ’ 才能有效提升靈敏度，然而，習知之微透鏡利用係用完全 融化（Melt)的方式製作，因表面張力之故，常使所形成的 微透鏡的底部寬度之一半116比微透鏡之高度114大，且 對於所形成之微透鏡之尺寸並不容易控制，而更添加了製 程的複雜性。 因此，本發明的目的就是在提供一種相位光柵式影像 感測器，其製造法可以避免習知形成聚光層所面臨之問 題。 本發明的另一目的是提供一種相位光柵式影像感測 器，可大幅降低其製造成本，並降低其製程複雜度。 本發明提出一種相位光柵式影像感測器，其包括數個1 二極體、一平坦層、一彩色濾光層與數個相位光柵層’其 中，二極體係位於一基底上，且係以隔離結構予以隔離； 平坦層係覆蓋於二極體與隔離結構的表面上；彩色濾光層 係位於平坦層之中，且與平坦層呈一三明治結構；相位光 柵層則是配置平坦層的表面上，其位置對應於隔離結構 上，係用以使通過平坦層之光線產生建設性干涉。 本發明提出一種相位光柵式影像感測器，其包括數個 二極體、一平坦層、一彩色濾光層與數個相位光柵層’其 中，二極體係位於一基底上，且係以隔離結構予以隔離； 平坦層係覆蓋於二極體與隔離結構的表面上；相位光柵層 4 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公t ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·# 訂---------線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 488071 7277twf.doc/006 A7 B7 五、發明說明（>) 係位於平坦層之中，其位置對應於隔離結構上，係用以使 通過平坦層之光線產生建設性干涉；彩色濾光層則是配置 平坦層的表面上。 本發明提出一種相位光柵式影像感測器之製造方法， 首先於一基底上形成數個二極體，之後在各個二極體之間 形成一隔離結構，用以隔離各個二極體，接著在數個二極 體與數個隔離結構的表面上形成一第一平坦層，並在第一 平坦層上形成一彩色濾光層，之後在彩色濾光層上形成一 第二平坦層，接著在第二平坦層上形成一相位光柵材料 層，然後圖案化相位光柵材料層，以形成數個相位光柵， 其中此數個相位光柵係用以使通過彩色濾光層之光線產生 建設性干涉。 本發明提出一種相位光柵式影像感測器之製造方法， 首先於一基底上形成數個二極體，之後在各個二極體之間 形成一隔離結構，用以隔離各個二極體，接著在數個二極 體與數個隔離結構的表面上形成一第一平坦層，之後在第 一平坦層上形成一相位光柵材料層，之後圖案化相位光柵 材料層，以形成數個相位光柵，接著在第一平坦層上形成 一第二平坦層，並覆蓋數個相位光柵，然後在第二平坦層 上形成一彩色濾光層，此數個相位光柵可以使通過彩色濾 光層之光線產生建設性干涉。 本發明之相位光柵係利用一般CMOS標準製程即可形 成’因此其製程條件較易於控制，且較習知形成微透鏡之 方法更爲簡化。 5 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ----------------I---訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 488071 7277twf.d〇c/〇〇6 A7 B7 五、發明說明（…） 本發明所形成之相位光柵，由相位光柵至二極體間之 距離以及相位光柵之寬度與高度等條件較易於控制。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之相位光柵之材質係採用金屬材質，較習知之 感光材質之微透鏡，可大幅降低其製造成本。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例’並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖爲習知一種影像感測器結構圖。 第2A圖至第2C圖是依照本發明一較佳實施例之相位 光柵式影像感測器之製造流程剖面圖。 第3圖是依照本發明一較佳實施例之相位光栅式影像 感測器之相位光柵上視圖。 第4A圖至第4C圖是依照本發明另一較佳實施例之相 位光柵式影像感測器之製造流程剖面圖。 圖式之標示說明： 100、200、400 :基底 102、202、402、302 :二極體 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 104、204、404 :隔離結構 106、206、406 :第一平坦層 108、208、414 :彩色濾光層 110、210、412 :第二平坦層 112 :聚光層 114 :微透鏡之高度 6 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 x 297公釐） 488071 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 7277twf.doc/006 A7 五、發明說明（；） 112 :微透鏡底部寬度之一半 212、408 :相位光柵層 212a、408a、300 :相位光柵 214、410 :光阻層 第一實施例 . 第2A圖至第2C圖，其繪示依照本發明一較佳實施例 的一種相位光柵式影像感測器的製造流程剖面圖。 請參照第2A圖，首先提供一基底200，且基底200上 已形成有數個二極體202。之後，在各個二極體202之間 形成一隔離結構204。其中隔離結構204之材質例如爲氧 化矽。接著，在二極體202與隔離結構204的表面上形成 一第一平坦層206，第一平坦層206之材質例如爲氧化矽 或憐砂玻璃。然後’在第一平坦層206上形成一'彩色濾光 層208。之後，在彩色濾光層208上行成一第二平坦層210， 第二平坦層210之材質例如爲氧化矽或磷矽玻璃。其中彩 色濾光層208係位於第一平坦層206與第二平坦層210之 間，而形成一三明治結構。接著，在第二平坦層21〇之表 面上形成一相位光柵材料層212，其中相位光柵材料層212 之材質例如爲金屬材質，較佳的材質例如爲鉻。 之後，請參照第2B圖，在相位光柵材料層212上行 成一圖案化之光阻層214，以圖案化相位光栅材料層us。 然後’請參照第2C圖，之後，進行一触刻製p，以 形成數個相位光柵212a，其中此數個相位光柵=壬、 一 ’12 a係配 置在對應於隔離結構204之第二平坦層210的表面上且 7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0S------- —訂---------· 本紙張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（2】〇 X 297公爱） 488071 7 2 7 7 twf . doc / 0 0 6 A7

經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（έ ) 此數個相位光柵212a係用以使通過第二平坦層210、彩色 濾光層208與第一平坦層206之光線產生建設性干涉，而 達到提高感測器之靈敏度之目的。 第3圖所示，其繪示爲依照本發明一較佳實施例之相 位光柵式影像感測器之相位光柵上視圖。 . 本實施例之數個相位光柵212a係配置於環繞在數個 二極體202之周緣，換言之，此數個相位光柵212a係由 數個環繞在二極體202周緣之同心環所組成，如第3圖所 示，其中相位光柵300之最內圏之位置302係爲二極體之 位置。 第二實施例 第4A圖至第4C圖，其繪示依照本發明另一較佳實施 例之相位光柵式影像感測器的製造流程剖面圖。 請參照第4A圖，首先提供一基底400，且基底400上 已形成有數個二極體402。之後，在各個二極體402之間 形成一^隔離結構404。其中隔離結構404之材質例如爲氧 化矽。接著，在二極體402與隔離結構406的表面上形成 一第一平坦層406，第一平坦層406之材質例如爲氧化石夕 或磷矽玻璃。然後，在第一平坦層406上形成一相位光柵 材料層408，其中相位光柵材料層408之材質例如爲金屬 材質，較佳的材質例如爲鉻。 之後，請參照第4B圖，在相位光栅材料層408上形 成一圖案化之光阻層410，以圖案化相位光柵材料層4〇8。 然後，請參照第4C圖，之後，進行一蝕刻製程，以 8 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 488071 A7 7277twf.doc/006 五、發明說明（1 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 形成數個相位光柵410a。而此數個相位光柵410a係配置 於環繞在數個二極體402之周緣，換言之，此數個相位光 柵410a係由數個環繞在二極體402周緣之同心環所組成， 其相位光柵410a之上視圖如第3圖所示，其中相位光柵300 之最內圏之位置302係爲二極體之位置。 . 接著，在第一平坦層406上行成一第二平坦層412， 並覆蓋此數個相位光柵410 a，以使此數個相位光柵410 a 配置在對應於隔離結構404之第二平坦層210中，其中第 二平坦層412之材質例如爲氧化矽或磷矽玻璃。之後，在 第二平坦層412上形成彩色濾光層414。而此數個相位光 柵410a可以使通過彩色濾光層414、第二平坦層412與第 一平坦層406之光線產生建設性干涉，以達提高到感測器 之靈敏度之目的。 本發明可將相位光柵形成於平坦層之上，亦可形成於 平坦層之中，皆可達到使通過彩色濾光層與平坦層之光線 產生建設性干涉，而達到提高感測器之靈敏度之目的。 綜合以上所述，本發明具有下列優點： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 1·本發明之相位光栅係利用一般CMOS標準製程即可 形成，因此其製程條件較習知微透鏡之方法易於控制，且 較習知形成微透鏡之方法較爲簡化。 2·本發明利用蝕刻製程以形成相位光柵’因此，對於 相位光栅至二極體間之距離以及相位光柵之寬度與高度等 較易於控制。 3·本發明之相位光柵之材質係採用金屬材質，其成本 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱1 " 488071 7277twf .doc/006 A7 _B7 五、發明說明（g ) 較習知感光材質之微透鏡低廉。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 488071 A8 7 2 7 7 twf . doc / Ο Ο 6 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種相位光柵式影像感測器，包括： 複數個二極體位於一基底上； 一隔離結構，其位於該些二極體之間，用以隔離該些 二極體； 一平坦層，其覆蓋於該些二極體與該隔離結構的表面 上； 一彩色濾光層，其位於該平坦層之中，且與該平坦層 呈一三明治結構；以及 複數個相位光柵，配置在對應於該些隔離結構之該平 坦層的表面上，該些相位光柵係用以使通過該平坦層之光 線產生建設性干涉。 2. 如申請專利範圍第1項所述之相位光柵式影像感測 器，其中，該些相位光柵係配置在對應於該些隔離結構之 該平坦層的表面上，且係環繞於該些二極體之周緣。 3. 如申請專利範圍第2項所述之相位光柵式影像感測 器，其中，各個相位光柵係由複數個環繞該些二極體其周 緣之同心環所組成。 4. 如申請專利範圍第3項所述之相位光柵式影像感測 器，其中，該些相位光柵之材質包括金屬。 5. 如申請專利範圍第4項所述之相位光柵式影像感測 器，其中，該些相位光柵之材質包括鉻。 6. 如申請專利範圍第1項所述之相位光栅式影像感測 器，其中，該些相位光柵之材質包括金屬。 7. 如申請專利範圍第6項所述之相位光柵式影像感測 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 參 訂---------線： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 488071 A8 7 2 7 7 twf . doc / 0 Ο 6 〇8 D8 六、申請專利範圍 器，其中，該些相位光柵之材質包括鉻。 8. 如申請專利範圍第1項所述之相位光柵式影像感測 器，其中，該平坦層之材質包括氧化矽與磷矽玻璃其中之 -- 〇 9. 如申請專利範圍第1項所述之相位光柵式影像感測 器，其中，該平坦層包括： 一第一平坦層，其覆蓋該些二極體與該隔離結構的表 面，且與該彩色濾光層之一表面相連；以及 一第二平坦層，其覆蓋該彩色濾光層之另一表面。 10. —種相位光柵式影像感測器，包括： 複數個二極體位於一基底上； 一隔離結構，其位於該些二極體之間，用以隔離該些 二極體； 一平坦層，其覆蓋於該些二極體與該隔離結構的表面 上； 一彩色濾光層，其覆蓋於該平坦層之表面上；以及 複數個相位光柵，其配置在對應於該些隔離結構之該 平坦層之中，該些相位光柵係用以使通過該彩色瀘光層之 光線產生建設性干涉。 11. 如申請專利範圍第10項所述之相位光柵式影像感 測器，其中，該些相位光柵係配置在對應於該些隔離結構 之該平坦層之中，且係環繞於該些二極體之周緣。 12. 如申請專利範圍第11項所述之相位光柵式影像感 測器，其中，各個相位光柵係由複數個環繞該些二極體其 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂--I---II 線 »· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 488071 A8 t B8 7277twf.doc/006 C8 D8 六、申請專利範圍 周緣之同心環所組成。 13. 如申請專利範圍第12項所述之相位光柵式影像感 測器，其中，該些相位光栅之材質包括金屬。 14. 如申請專利範圍第13項所述之相位光柵式影像感 測器，其中，該些相位光柵之材質包括鉻。 15. 如申請專利範圍第10項所述之相位光柵式影像感 測器，其中，該些相位光柵之材質包括金屬。 16. 如申請專利範圍第15項所述之相位光柵式影像感 測器，其中，該些相位光柵之材質包括鉻。 Π.如申請專利範圍第10項所述之相位光柵式影像感 測器，其中，該平坦層之材質包括氧化矽與磷矽玻璃其中 之一。 18.—種相位光柵式影像感測器之製造方法，該方法 包括： 於一基底中形成複數個二極體； 在該些二極體之間形成一隔離結構，用以隔離該些二 極體； 在該些二極體與該隔離結構的表面上形成一第一平坦 層； 在該第一平坦層上形成一彩色濾光層； 在該彩色濾光層上形成一第二平坦層； 在該第二平坦層上形成一相位光柵材料層；以及 圖案化該相位光柵材料層，以形成複數個相位光栅， 其中該些相位光柵係用以使通過該彩色濾光層之光線產生 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線· 488071 A8 7277twf.doc/006 C8 D8 六、申請專利範圍 建設性干涉。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 19. 如申請專利範圍第18項所述之相位光柵式影像感 測器之製造方法，其中，圖案化該光柵材料層的方法係採 用微影、蝕刻法，且其所形成之該些相位光柵係對應於該 些隔離結構之上，且係環繞於該些二極體之周緣。 20. 如申請專利範圍第19項所述之相位光柵式影像感 測器之製造方法，其中，該光柵材料層係圖案化成複數個 環繞該些二極體其周緣之同心環以形成該些相位光柵。 21. 如申請專利範圍第18項所述之相位光柵式影像感 測器之製造方法，其中，該相位光柵材料層之材質包括金 屬。 22. 如申請專利範圍第21項所述之相位光柵式影像感 測器之製造方法，其中，該相位光柵材料層之材質包括鉻。 23. —種相位光柵式影像感測器之製造方法，包括下 列步驟： 於一基底中形成複數個二極體； 在該些二極體之間形成一隔離結構，用以隔離該些二 極體； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在該些二極體與該隔離結構的表面上形成一第一平坦 層； 在該第一平坦層上形成一相位光柵材料層； 圖案化該相位光柵材料層，以形成複數個相位光柵； 在該第一平坦層上形成一第二平坦層，並覆蓋該些相 位光柵；以及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 488071 六、申請專利範圍 在該第二平坦層上形成一彩色濾光層，該些相位光栅 可以使通過該彩色濾光層之光線產生建設性干涉。 24. 如申請專利範圍第23項所述之相位光柵式影像感 測器之製造方法，其中，圖案化該相位光柵材料層的方法 係採用微影、蝕刻法，且其所形成之該些相位光柵係對應 於該些隔離結構之上，且係環繞於該些二極體之周緣。 25. 如申請專利範圍第24項所述之相位光柵式影像感 測器之製造方法，其中，該光柵材料層係圖案化成複數個 環繞該些二極體其周緣之同心環以形成該些相位光柵。 26. 如申請專利範圍第23項所述之相位光柵式影像感 測器之製造方法，其中，該相位光柵材料層之材質包括金 屬。 27. 如申請專利範圍第26項所述之相位光柵式影像感 測器之製造方法，其中，該相位光柵材料層之材質包括鉻。 ------------Ar--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）