TWI251268B - Solid-state imaging device and camera - Google Patents

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TWI251268B
TWI251268B TW093123313A TW93123313A TWI251268B TW I251268 B TWI251268 B TW I251268B TW 093123313 A TW093123313 A TW 093123313A TW 93123313 A TW93123313 A TW 93123313A TW I251268 B TWI251268 B TW I251268B
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center
solid
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Syouji Tanaka
Ryohei Miyagawa
Toshiya Fujii
Yasuhiro Tanaka
Michihiro Yamagata
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Matsushita Electric Ind Co Ltd
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Description

1251268 九、發明說明： [發明所屬之技術領域] 。更具體來說，本發明係 之固態成像裝置，及可用 本發明係關於固態成像裝置 關於以矩陣之形式佈置多個像： 於照相機之固態成像裝置。 [先前技術] 氧半導2 =像裝置，# : L合裝置（CCD)以及金屬 二tMS)影像感測器中，需要提高光會聚率 透；sing rate)以改善成像品質。通常會使用會聚 边、兄未k咼光會聚率。參昭 像裝置之-般結構。I㈣，下面將敘述固態成 ，用以說明以矩陣之形 其像素與光敏區域之位 第9圖為一概略之上平面視圖 式佈置多個像素之固態成像裝置， 置關係。 弟9圖中所說明之固態成像裳置包含了半導體基底 =象素2以及光敏區域3。_般使用卜型石夕基底做為半驾 -基底卜於此半導體基底i上，以矩陣之形式佈， 個像素2。注意到此處之像素2為當投射至半導體基底！ 之主要平面上之像素。點m為投射至半導體基底i上時傷 素2的中心（此後，各此種點係稱為，，像素之中心，，），這些 點無論在縱向或橫向上皆以規律之間隔佈置。各像素2包 含光電轉換部分（未顯示）將入射光轉換成信號電荷。在^ 素2預定區域内形成光敏區域3以使該光電轉換部分能务 接收入射光。各像素2上之光敏區域3皆為同樣形狀，而 316101 1251268 各光敏區域3之中心與對應的像素2之中心爪重疊。因* 光敏區域3之中心p也同樣在縱向與橫向上以規 佈置。 〜间隔 接下來，參照第1〇圖和第η圖，將對像素2盘光 區域3的結構做更明確的敘述。第10圖為固態成像裝置之 上視圖。f 11圖為沿著第10圖的固態成像裝置中： 段所取之剖面構造圖。於第1G圖和第110中所顯示之固 悲成像裝置包含：半導體基底卜像素2、光敏區域3 :轉：部分4、汲極區域5、閘極電極6、裝置分隔區域7、 一田:路部份8、光罩薄膜Gight-shielding film)22、彩色· /慮光為9以及會聚透鏡1 〇。 各像素2包含：半導體基底J之 分4(含有井雷- 尤包^換部 有先电—極.肢）、汲極區域5、閘極 = 置分隔區域7。該光電轉換部分4二 半導二Ϊ '區域7係形成於該半導體基底1上。於 雨：土 '上之该光電轉換部分4與汲極5間形成間極· 电極6。於形成閘極電極^ 緣薄膜^於此絕緣胃^ t 表面提供絕 -薄膜22在机丄、、，彖，専朕21上形成光罩薄膜22，此光罩 以定義該光敏區域3。此光罩:：”預疋&域使其不被覆蓋 而會聚透鏡1G更進—成彩色遽光器9， 器上方。因此，奋現;^應各像素2的設置於此彩色遽光 之固態成像裝/ 種以—個像素構成-個胞（單位） 佈置對應於各像素2之各會聚透鏡1〇，使得於半導體 31610] 6 1251268 …地做：：對應之像素2所佔據之區域能 ;: 利用，以使會聚於像素2上之光線越多 ::。此即，會聚透鏡10之安排係當由基板之主要表ΐ; 接看過來時會聚透鏡1G 要表面直 同樣地，形成於各像辛…二 之中心7”重疊。 也是由基板之主要表區域3,其佈置的目的 :!各光敏區域3之中重疊，以增加光會聚率= 口㈣像裝置以此方法構造，人射光於 户聚焦，可達成高度的光會聚率。 ^之“ 近幾年來，隨著固態成像裝置的 也要微小化的需求。為滿足㈠七 ^現了像素 8一8號之敘述，夢由如曰本專利公報第 區域達成像素微小化：目；子：f象素之間極電極或沒極 示_固態成像裝：==後之敘述，係與於 有關(本文中一為 element(元件）區別）。 °°°另也與 ::圖為固態成像裝置之上視圖，其中每 =:一:r2a(—個胞)。此於…^ f0置與弟10圖中之固態成像裝置幾乎完全相同，除了第 5Λ::?Λ是每兩個鄰近的像素2分享-個汲極區域 Λ此方法巾，藉由移除第1。圖中沒極區域5和光電轉 換部分4間之裝置分隔區域7以達成 先：轉 並且允許該兩個像素2分享該汲極區域;:。、目標’ 然而，雖然實現了像素2之微小化，於第_ 316]〇] 7 1251268 丁 2固％成像裝置卻出現一個問題，此問題即是關於整體 固广士 ^裝置之光會聚率變低了。因此，發生了像是像差、 丨色罙久感光度深淺（sensitivity shading)、成像敏感度 惡化以及類似之問題。 以下’將參照圖示做詳細之敘述。 弟^3圖為—張概要的上平面視圖，顯示半導體基板^ 像系2與光敏區域3的位置關係。前面曾提及，因於 像素之單位2a中兩個像素分享一個汲極區域^，造成由 基板之主要平面直接看過去時像素2之中“與各像素2 ，光敏區域〇的中心户有偏移。因此，即使於基板上之 像素：的中心w皆以規律間隔做排列，但光感區域3的中 7並不如像素2的中心w那樣地做規律間隔的排列，而 是以不規則的間隔做佈置。 第14圖為沿著第12圖中該固態成像裝置之線段 之剖面圖。如第13圖之說明，像素2之中心⑺與其光敏 區域3之中心户從基板之主要表面看過去時有偏移。雖然 於像素2上之人射光u由會聚透鏡1〇聚焦，而後通過上 述之該像素2中心”該人射錢u並未會聚於光敏區域 J之中’。户上。因此，此光敏區域3之受光敏感度盘第I} 圖之固態成像裝置中的狀況相比較為減小。將各會聚透鏡 :二之中心調整成對準光敏區域3之中心戶，以增加該光會 聚年是可理解的。然而，在此情況下，因上述的基板上光 敏區域3之中心赠以規律之間隔做排列，必然使得會 聚透鏡10之結構變為更加複雜。再者，若各會聚透鏡】。 31630] 8 1251268 白勺<立置調整至光 必須變尸 破區或3的中心户，會聚透鏡ίο的大小將 的会°由該像素2的全部區域將不會被變+ 有1G所覆蓋’造成該像素2的全部區域將不能做 用。導致該光會聚率因而降低。 [發明内容] ^5- % ^、 处之先刖技術，本發明的目標之一係提供一種 像裝置，此種固態成像裝置在降低彩色深淺以及感 声:Γ〜問題的同_，不只達成像素微小化也同時達成高 又1聚率、高成像敏感度以及絕佳成像品質。 為達成上述之目標，本發明具有下列幾項特徵。 依據本發明之固態成像裝置，其包含：半導體基板、 以及以—維方式佈置於該基板上之多個像素，其中，該多 個像素各自擁有形成於預定區域上之光敏區域，用以接收 射光並包含將光敏區域所接收之入射光轉換成信號電 荷之光電轉換部分；於至少一些該多個像素中，由該半^ 體基板之主要表面看過去時，其光敏區域之中心與該像素 之中心有所偏移；而各該多個像素中進一步包含光路轉換 部分（light-path change portion)，用以偏轉朝向該像素中心 之入射光（使入射光偏向），以此種方法，使該入射光導向 該光敏區域之中心。 此外，該多個像素可以矩陣之形式佈置，而使該多個 像素之中心能以規律之間隔排列，且該多個光敏區域之中 心脫離規律之間隔形式，致使由半導體基板之主要面板看 過去時相對應之該像素中心與該光敏區域中心之間產生偏 31610】 9 1251268 移量。 較佳為若入射光能經過至少—個合取、未 1·)而導向像素區域。會聚透鏡可以二:(frglng 性)的方式排列，一個週期中對應 德’而非連績 透鏡，其沿矩陣之列向垂直1 素或又凸（圓柱狀） 干 π ΐ直剖面或沿該矩 面，在整個矩陣皆為相同者。 旱之仃向垂直剖 由多個像素所組的的一個單 區域。 ’r、中可形成多個光敏 依據本發明，光路轉換部分舉例 光敏區域前所通過之層中，且此光心 >成於照射至 率係高於其上層及1^ 、部分材料之折射 受光面產生-偏斜:、：=::猎由相對於光敏區域之 中心的入射光，以此方法該人心=夠偏轉通過該像素 心。且俨夹％ ^ 、先¥向该光敏區域之中 舰： 透鏡形狀或稜鏡形狀來做為此物 面類似透鏡之形狀者，而，，稜鏡”係指於入=:凹：或凸， 分相對於受光面有偏斜之形狀者。在Μ 〉、有—部1 和稜鏡狀的光路轉換部分 。用到多個透鏡狀 換部分和也可使料餘光路轉 角：； 先路轉換部分的任意組合。甚至，具有二 平面社入1 : 一啦一傾斜面與單凸透鏡之-水 、…δ在一起的形狀的光路轉換部分。 光路轉換部分可設置對應至 轉換部分可以i周细ρ4言’光路 素 ：：式做佈置，而使各週期對應至多個像 又凸处叙、稜柱陣列或一些兩者之組合，其沿 316]〇] 10 !251268 矩口像乐之该矩陣之列向垂直剖面或沿該多個像素之該 、 仃向垂直剖面，在整個矩陣中皆為相同。 成體來說，依據本發明之㈣成縣置為—種固態 且/、中方、半辜體基板上之各多個以矩陣形式伟置 '^像素上形成光敏區域接 戶鉍 3接收八射先，而依據該入射光強 二、：^度之电子信號’此固態成像裝置包括：用以 π入射光之多個會聚透鏡使得人射光會聚於各像素之中 I夂以及多個光路轉換部分，其各供應至對應之-個像素， 向___ 像素的人射光，使該人射光能導 接看；去.敏區域之中心，其中，當由基板之主要表面直 2的數個預定位置關係之一 ’如此-來，鄰近像素之預 疋數目滿足構造一個像辛單 、 a · 诼京早位之所有位置關係之預定數 ’，各多像素單位因而有相同之描、止 之構造，包含該鄰近像素 =疋數目；且形成定義—個單位之—個以上之光路轉換 邛刀，以對應該多像素單位。依眧 吳 :Γ 該定義—單位之-個以上之光路 軺換部分可橫跨多個鄰近像素單位而形成。 置。依據本發明之固態成像裝置較佳可為放大固態成像裝 依據本發明之固態成像裝置適用於相機中。 依據本發明之固態成像裝置中至少__ 換部分，用於偏轉朝向其對應之像幸中心九路轉 射光能導向該光敏區域之中心。因：中二：射光，使人 因此，固態成像裝置之么士 ]] 31610] 1251268 冓中’為達成像素彳放小化，而於美 即佶决〜π a , t 、基板之主要表面看過去時， p便光破區域之中心與所對庫 砝士古，八十 之仏素中心有偏移量，也能 义成回光會聚率。因此，得刭一 及古出後。所门⑼、 種同日可擁有像素微小化以 n成像口口貝之固恶成像裝置。 麥照附圖說明本發明之下列I 這些與其他目❸、純、式，將使本發明之 [實施方式] ‘“…及優點更加清楚。 依據本發明之實施例之固態 像素定義為一個胞之固態成# f =方;下列以母兩 明。 风像茗置為圖示範例做詳細之說 第1圖為概略之上平面葙m 一 十由視圖，顯不於將多個像素以二 '准之方式佈置之固態成像裝置 ΛΛ , ^ ^ ^ T其像素與光敏區域之間 勺位置關係，其中二維之佈置係如矩陣。 =1®中顯示之該固態成像裝置包含：半導體基板 =象素2以及光敏區域3。通常使用ρ型石夕基板作為半導 :基板！之材料。於半導體基板i上，像素2以矩陣之形 式佈置，此外，還有由多個以兩個像素定義為―個胞（單位） 之像素單位2a構造於基板i上。其中，該像素2與單位 2a以投影之方式顯示於該半導體基板】之主要平面上。 、各像素2包含將入射光轉換為信號電荷之光電轉換部 W未心）。於該像素2之預定區域巾形成光敏區域3，以 使光電轉換部分能夠接收到入射光。該多個像素2之佈 置，係使半導體基板丨上之所有該像素2中心之投射點 奶（此後稱為’’像素中心”）以規則之間隔排列。 31610] 12 1251268 在此提醒到，依攄太奋 喜々▲ n施例之像素單位2a係以鄰诉推 /丁'預疋數目（n)做建構，此 素中心W和該由、、 U'滿足所有關於該像 丄 Α 、位置關係之預定數目（η)。具體而 :預=構成—單位之各預定數目之鄰近像素滿足不同的 之構目之位置關係⑷。因此各像素單位〜具有相同 弟2圖與弟3A圖，将爭日日由丄 區域3之構造。 ^更明確地敘述像素2以及光敏 第上=固it像裝置之上平面視圖。第3A圖為沿1 第3Α π由、、不之、、17 ^ a_b所取之剖面構造圖。於第2圖盥 固態成像裝置包含半導體基板1、像素2、像 門極a、先敏£域3、光電轉換部分4、汲極區域5a、 “公6 :光罩薄膜22、裝置分隔區域7、掃描電路部 巴緣㈣2卜彩色濾光器9、會聚透鏡1〇、層間絕 、=專版23以及功能上做為光路轉換部分之棱鏡…與 右^像素2包含—部分半導體構造卜光電轉換部分4(含 =笔二極體）、一部分汲極區域5a、問極電極6、掃描電 =份8以及裝置分隔區域7。該光電轉換部分4、沒極區 ^ a以及裝置分隔區域7皆形成於該半導體基板！上。而 :閘極電極6形成於半導體基板j上之光電轉換部分^ "汲極區域5a之間。於有閘極電極6形成於上之半導體基 ^上提供絕緣薄膜2!。於該絕緣薄膜21上形成光罩薄 吳’此光罩溥月吴22留下一預定區域使得光電轉換區域4 316101 13 1251268 不被覆蓋，以此定義光敏區域3。有光罩薄膜22形成於上 之半夺版基板1表面上提供層間絕緣薄膜23。於此層間絕 緣溥馭23上形成稜鏡12a與12b。於此稜鏡]2a與12b上 形风杉色濾光器9。會聚透鏡1 〇即設置於此彩色濾光器9 上在此’各成對之兩像素2共用一個汲極區域5a並且構 造成該兩像素視為—個胞（單位）之像素單位2a。 在兩像素構造為一個胞之情況下，因兩像素2如上所 述共用-個汲極區域5a，於各像素2範_，從該基板之 主要表面上直接看過去時，該像素2之中心⑺與該光敏區 域3之中心p間有偏移量。因此，由第^圖可更清楚得知， 雖然該基板上像素2之巾’^以規律之間関列，但該光 敏區域3之中心户並非如像素2之中心所—般以規則之間 隔排列’而是以不規則之間隔方式排列。 $置包含於各像素中之會聚透鏡iq，讓被該半導體基 板1範圍内相對應之彳參丢9 ^ ^ 象素2所佔據之區域能夠盡可能地做 有效的利用，以使會聚於#本。t θI於像素2上之光線越多越好，此即， 该冒聚透鏡10之佈置致柿出 』 ，直致使由该基板之主要表面上直接看 過去時，該會聚透错*1 π & 舌” 心1 見10之中心正好與該像素2之中“ 菫®在一起。在此，會平洁於 t 透叙1 〇以陣列之方式佈置使會聚 透名兄10月b各對應到一個φ射ρ七 们九破區域3，且該會聚透鏡10之 配置使各鄰近之會聚透错i n #、直々 水边歧10的邊緣能夠相互接觸。 入射於像素2之入射伞η丄入 射先11由會聚透鏡1〇聚焦並朝該 像素2之中心w行進。如 ^ 所述，由該基板之主要表面上 直接看過去犄，該像素2 中 i^ w和戎光敏區域3之中心 31610] 14 1251268 户門有偏;^里。因此’除非 會在遠離第14圖巾所示之絲_3之;1 部分， 先。在此條件下，無法達成足夠的光會聚率。户纟八射 因此，於本實施例中， 2中設置光路轉換部分。铉光：：：聚率，而在各像素 徵構件，其敘述如下。°〆 P分為本實施例之特 設置光路轉換部分以偏轉該 之 Λ 扁+ 土 Ί 1 Τ、二之 Τ ; /77 扞士隹 Ρ。依據本發明，二11能導向該光敏區域3之中心痛 區域前所通過之層中，舉例來說形成於照射至光敏 高於並上声及並= 轉換部分材料之折射率係 面產1 ! 料。藉由相對於光敏區域之受光 該光路轉換部分能夠偏轉朝向該像素中： 心。該光路轉換部分以向該光敏區域之中 凹面之形式，或可為稜鏡之形式，並入 2凸面或 相對於受光面有一偏斜。_ 1 . y有部分 偈对除了別面提及之123或I2b，_ 四角錐形稜鏡12d，其垂直部分如第3b圖中所 ： =二及所之類者Γ為棱鏡狀之光路轉換部分。再者7 ”】圖所:’透鏡33之形狀，•由三稜柱仏之斜面 J吳凸透鏡32a之平面32b結合所得，此類也能做為光 ㈣換部分。於本發明中，可由上述之形式中至少選擇一 =鏡狀或棱鏡狀之光路轉換部分，也可使用上述光路轉 ^分結合後之形式。可同時使用多種形式之透鏡狀和/ 或W狀光路轉換部分。該透鏡狀或積鏡狀光路轉換透鏡 316]〇] ]5 1251268 之曲度或斜角皆可任意設罟 · I 其係根據朝向該像素2中，、、 m之入射光11應該偏轉多少才处 、 才此礼向光破區域3之中，、、、 各光路轉換部分可提供至 捉t至各對應之像素。或者， 印分可以周湘W：夕士 — 尤路轉
P 換部分可以周期性之方式排 路π 定義一單位之多像素。 使”各自對應(亦即橫跨) 、彻例說明—種示範狀態，其中以周期性方式佈置 各封患至由兩像素定義為—個單位之棱鏡仏和 為光路轉換部分，如第3A圖中所示。因稜鏡12a和：:故 有凸出^外形，於入射面上有曲度之表現，其亦可稱為有 功能之凸透鏡;然而，該稜鏡m與⑶將繼續稱為，, 後描述胸隔。各自提供精叙兩像素㈣成== 之1稜鏡12a與12b，放置於半導體基板丨與會聚透鏡ι〇 ,間’以橫覆過兩像素2。於各像素單位，各 ^⑶之次部份（吻。rt_)(對應至—個像素）橫覆過該像 由早位2a，亚且各稜鏡12a與12b之傾斜面朝像素單位。 二減^。§由基底之上表面直接看到該像素單位2a時， / 12a與12b出現橢圓狀。由該半導體基板ι之主要 表面直接看過去時，各稜鏡12a與l2b之中心與像素單位 2a之中心有所偏移。 ,形成該稜鏡與12b之材料（如：SiN(氮化矽）），其 ^射率高於其上之彩色濾'光器9以及其下之層間絕緣薄膜 制材料折射率。该稜鏡12 a與12 b可輕易由下列敘述之 製程獲得。 31610] 】6 1251268 於固態成像裝置中，其中如第3A圖般設置稜鏡12a 與12b對應像素單位2a，朝像素2方向行進之入射光11 由會聚透鏡1 〇光會聚於該像素2之中心w (此階段入射光 以Ha表示）。接著，該聚焦過之入射光lla由稜鏡12a與 12b折射以導向光敏區域3之中心尸（此階段入射光以lib 表+ )。接著’該光敏區域3之中心户接收到該折射之入射 光1 lb且由形成於該光敏區域3中之光電轉換部分轉換成 信號電荷。 如上所述，雖然於固態成像裝置中由基板之主要表面 看^去日可’即使像素2之中心w與其相應之光敏區域3之 中心P間有偏移，只要對像素2配置光路轉換部分，則無 須對會聚透鏡10做配置上之改變，就能夠於對應之光敏區 域3之中心p接收到朝像素2之中心所行進的入射光，並 且達成高度光會聚率。由此可知，於降低彩色 产:深淺、成像敏感度以及受光感光度惡化等問題之曰^同 成像牡ί擁化之像一素2並具備絕佳成像品質之固態 牛例^兄，於三百萬像素且像素—邊長度為2.2 第3八圖中以虛線表示之光車“之夾 角為」之入射光，光會聚率增進約15%。 接下來伴隨圖示將對擁有上述構迕 製程做詳細之說明。第4Α圖 ^成像衣置之
圖以及第6Α和第6Β圖顯示佑摅 §第5Α圖至第5C 制 、、义據本發明之固熊成傳#罟# 製程之各階段期間剖面構造圖。 u〜玖傢茗置於 首先，以矩陣排列之方式形成含有光電二極體之以 316101 17 1251268 轉換部分 4，Ji JV AB . pp 該 -以規律之間隔排列於半導 固態成像裝置之現階段 土“反1上 偁1" °j面圖為第4A圖所示。 接者，於該半導體基板1之 基板形成未顯示於射之間極絶緣mu” 然後於此閘極絕緣舊膣μ，以々 虱化矽組成）。 閘極電極6俜,;；化二r :極電極6。詳而言之， 4 1 , ^ Τ、、化子乳相沉積法（CVD)製程於該半導俨 板上〉儿積多晶石夕薄膜，鈇德真以弘^| 且土 以擇性地將該多晶石夕薄膜移除。此階段之固態成像裝置 剖面圖係如第4Β圖所示。 、置 組成！1下=’:CVD製程沉積形成絕緣薄膜21(以氧化石夕 、'復盍閘極電極6。附註—點，即該絕緣薄膜幻中 二='·泉路層，而在此不多做敘述。接著形成光罩薄膜u 以後盖絕緣薄膜21。詳而言之，即將鎢、銅、！呂等類之薄 膜以物理氣：沉積法(PVD)或CVD製程覆蓋於該絕緣薄膜 21上’然後藉由乾蝕刻法將此以PVD或CVD法沉積上去 之薄膜做選擇性的移除。此階段之固態成像裝置的剖面圖 係如第4C圖所示。 接下來，使用CVD製程將氧化矽薄膜沉積於光罩薄 膜 乂及光敏區域3上。然後藉由化學機械研磨（CMp) 製程將該氧切薄膜表面平整化，就形成了内層絕緣層 h。此階段之固態成像裝置的剖面圖係如第圖所示。 接下來，形成有較高於該内層絕緣層23之折射率的 SiN溥膜24覆蓋於該内層絕緣層23上。詳言之，係藉由 PVD或CVD製程以形成siN薄膜24覆蓋於内層絕緣層23 316101 18 1251268 上。此階段之該固態成像裝置的剖面圖係如第4£圖所示。 接下來，藉由舖覆感光樹脂（一種光阻劑）至S iN薄膜 24上形成感光樹脂層25，並供於做圖案製備以形成規律間 ^之缝隙26。於一像素單位2&之範圍中，缝隙％形成於 鄰近光敏區域3之間，以獲得袼狀之缝隙26。該缝隙％ - 之見度係依據於後將敘述之熱處理轉換多少感光樹脂薄膜 25而决疋。此階段之固態成像裝置的剖面圖係如第5A圖 戶斤示。 接著’供於圖案製備之光敏之感光樹㈣膜25於接近籲 該感光樹脂熔點之溫度下熔化，其溫度約19(rc。如此，. 各像素單位2a中，形成擁有斜面傾向於像素單位以之中 心的稜鏡形體25a與25b。此階段之固態成像裝置的剖面 圖係如第5B圖所示。 接著，利用該稜鏡形體25a與25b做為遮罩，將該siN 薄膜24做蝕刻處理。此過程中，使用乾蝕刻設備做為此處 之蝕刻工具，將SiN與感光樹脂設定相同之蝕刻率。然後，籲 將光（紫外光）27照射於該稜鏡形體2化與251：上，使該siN 薄膜24接受蝕刻製程，以獲得做為光路轉換部分之稜鏡 12a與12b。此階段之固態成像裝置的剖面圖係如第圖 所示。 接著’形成彩色濾光器9以覆蓋該稜鏡i2a與】2b。 詳言之，係依據彩色編碼（c〇I〇rc〇ding)藉由染色技術 (staining technique)或應用彩色光阻沉積三或四層薄膜。此 彩色濾光器9之折射率較低於以SiN為材料之稜鏡Ua與 316101 ]9 1251268
二之折射率。此階段之固態成像裝置的剖面圖係如第6A 園所示。 :後會聚透鏡10形成於該彩色遽光器9上詳言之 “陣列之方式佈置如會聚透鏡1 〇之微透鏡 (:⑽]enses) ’稭由使用用於熱熔透明樹脂之 熱回流錄製技術（thermaU . 至像+ 2之^⑽叫刚）對形成對應 王1个；r、2之先破區域3之 裝置之構造係如第6B圖所示以。在此階段之固態成像 變詈根據本發明之固態成像裝置，在無須改 义曰來透叙的配置下達成了吝取 基底之主要μ喜、 。又先胃水平，雖然由半導體 ,^ 乂 過去時，該像素2之中心W盥光敏& 1:::二有偏移。因此，實現像素2微小化並同： 成同成^質之固態成像裝置於是完成。 可達 本實施例中曾舉過_ 可使用如第7圖所示，各供應至對岸…：、或者， 單位之凸透鏡30取代稜鏡。 … 兩像$視為一個《 除此之外，本實施例中舉# 聚透鏡1 〇之形成俜A 不靶之情況，即各會 至-個像素2:=::—方：敏區域3,此即’對應 各光路轉換部份對應至列先路轉換部分以便 7B圖所示之構造’其中各會 ;：’可扭用第 個像素2而各光路轉換部份之形成係對應= 31610] 20 1251268 2a。再者，如第7C圖中所示 咸透鏡10與稜鏡12c 可使其各對應至一個像素2而形成。 上有將稜鏡12&與125敘述為，，入射部分 第川圖所示\==;;食㈣人射面之曲面如 1 丁 以不之稜鏡部分可一起視為一插古如 入射部分有凹陷表面之凹面鏡40。 ， 光路㈣部分係形成於入射 料之折射率須較其正上…=且先路轉換部分材 =:rr部分相對於光敏區域之受光面有： 月度之斜面。因此，於筮 、打 7E m -, 弟7A 0至弟川圖之變化外，如第 7Ε圖所不之光路轉換 ^ 之光路轉換構造中，凸透乂做為替換，此弟7Ε圖所示 緣薄膜2 3中上方Α ，兄6 〇之形成係向下凸出於層間絕
SiN薄膜，其折射 =’該凸透鏡60之材料為 *，該光路轉換絕緣薄膜23。附帶一提的 換部分之彤狀氺 ’、不限於SlN而已，且光路轉 二开/狀也不只限於稜鏡狀或透鏡狀。 本貫施例中舉過一種 係放置於半導體基板二^況，其稜鏡12&與⑶ 分之用，使該稜鏡12a二=竟1〇之間做為光路轉換部 之入射井。缺而兮丄/、 b可折射由會聚透鏡10聚焦後 ^ 先’、"该光路轉換部分盥合〒逆铹10的仂罢p, 係並不限於上面之情 /、θ I透叙10的位置關 置。舉例㈣，光㈣轉㈣分可置於其他位 該光路轉換部分於人射1刀人且於會聚透鏡1Q之上，使 、進入會聚透鏡1 〇之前先將之折 31610] 2] 1251268 身ί。再者^ ’ g]泛 所以光路轉換部八二個光路轉換部分至會聚透鏡ίο， 此外，雖然本實施“及下方。 單位之固態❹4 / ㈣為擁有兩像素構造為一 情況。本發明^可明之=並非限定於上述之 固態成像裝置中，』D ^兩個像素以上構成—單位之 "一個、四個或者更多像素。 施例曾提出—種示範之情況，即作為合f ‘ 处知ίο之微透鏡各對應至一個像 p作為曰♦ 期性之方式佈置致使各 σ以使用以周 透鏡。再者，如第8圖所r y、（起過—個像素）單位之 素矩陣之列心… 透鏡(圓柱狀)】3其沿像 ①矩陴之列向的垂直剖面從頭 可使用。在此情況中，稜鏡陣列14二像矩陳此種透鏡也 折剖面從頭到尾皆為相同，與透鏡ig之产況，列向的垂 鏡也可做為光路轉換部分支用：此種馱 14· 竹玄 雙凸透鏡盆沿德音 矩陣之列向垂直剖面從頭到 一 ^、 列Η之用。雖然第8圖所:之㈣稜鏡陣 矩陣之列向垂直剖面中看過去的V；凸透 1 鏡13,雖然當由 主”命 Η、舌的日守候，具有對應至-個像 不之見度’但各透鏡有對應至多個像素之寬度。相同地， 做為光路轉換部分之稜鏡陣列14或雙凸透鏡當由像辛矩 陣之列向垂直剖面中看過去的時候，可有對應至一個像素 mm mm者’也可以使用沿像素矩陣之行向 垂直剖面從頭到尾皆為相同之會聚透鏡和/或光路轉換部 分。 此外本實施例曾提及一種示範情況，即金屬氧化半導 31610] 22 1251268 體（MOS)型固態成相裝置可做為固態成像裝置之用，但該 固態成像裝置可為CCD固態成像裝置。 依據本發明之固體成像裝置適用於照相機，尤其是數 位靜態照相機。 依據本發明之固態成像裝置適於用在放大固態成像裝 置，特別是有溝槽隔離結構之M〇s型固態成像裝置。詳、 吕之，依據本發明之固態成像裝置適合應用於照相手機 (ca而a，uippedmQblleph〇ne)、攝影機、數位靜態 及同類產品之固態成像裝置。 ，其並非意圖 中可構想出各 對於本發明之前述内容皆做為範例之用 限制本發明之範圍。於不悖離本發明之精神 式其他之修改或變化。 [圖式之簡單說明] 乐1圖為依據本發明之固態成像裝置所呈現之光 域以及像素區域的相關佈置； 。° 造广圖為依據本發明之固態成像裝置所呈現的平面構 構造； 弟3A圖為依據本發明之固態成像裝置所呈現 之剖面 第圖為依據本發明之固態成 轉換部分之結構的範例； 見之先路 -施：乂圖為依據本發明之固態成像裝置所呈現之井饮 轉換部分之結構的另—範例； ^見之先路 於製 弟A圖至弟4£圖為依據本發明之固態成像裝置 3ϊ6]〇] 1251268 造期：所呈現之剖面構造； 弟5A圖至楚， 、 造期間所y / 為依A本發明之固態祕裝置於製 ^ 兒之剖面構造； 弟6A圖至# 造期間 B圖為依據本發明之固態成像裝置於製 」 現之剖面構造； 轉換21=依據本發明之固態成像裝置所呈現之光路 — %構的另一範例； 轉換^Γ之1=據本發明之固態成像裝置所呈現之光路 — %搆的另一範例； 轉換min據本發明之固態成像裝置所呈現之光路 < W構的另一範例； 第7D 炎 輯分之 轉換部分^ :^1本心明之固悲成像裝置所呈現之光路 、、、°構的另一範例； :8圖為依據本發明之固態成像裝置之另一範例所呈 現的結構； ^ 9圖為其中由一個像素定義為一個胞之習知的固態 、μ置中所呈現之像素和光敏區域之相關佈置； 〜第〇圖為其中由一個像素定義為一個胞之習知的固 悲成像裝置之平面構造； 第11圖為其中由一個像素定義為一個胞之習知的固 態成像裝置之剖面構造； 第12圖為其中由兩個像素定義為一個胞之習知的固 31610] 24 1251268 悲成像裝置之平面構造； 第圖為其中由個 態成像紫罟^本、 義為一個胞之習知的固 咏 ^、和光敏區域所呈現之相關佈置；以及 …弟14圖為其中由兩個像素定義為-個胞之習知的固 悲成像裝置之剖面構造。 [主要元件符號說明] 1 半導體基板 2 像素 2a 像素單位 3 光敏區域 4 光電轉換部分 5、5a 汲極區域 6 閘極電極 7 裝置分隔區域 8 掃描電路部份 9 彩色濾、光器 10 會聚透鏡 11 光線、 11a 、llb入射光 12a、 12b、12c 棱 _ 12d 四角柱形稜鏡 13 雙凸透鏡 14 棱鏡陣列 21 絕緣薄膜 22 光罩薄膜 23 層間絕緣薄膜 24 SiN薄膜 25 感光樹脂層 25a 、25b 稜鏡形體 26 縫隙27光（驾 30、 32a 凸透鏡 31a 三稜柱 31b 二棱柱斜面 32b 凸透鏡之平面 33 透鏡 40 凹面鏡 60 凸透鏡 L 光軸 m 像素2之中心 P 光敏區域3之 31610] 25

Claims (1)

1251268 卜、申請專利範圍·· 二 .-種固態成像裝置，包含 維佈置於料導广基板和以㈣之形式 夂〜基板上之多個像素，其中， σ夕個像素内有形成於 之用的光敏區β，、 貝疋區域申做接收入射光 到之該人射^ 包括用於轉換於該光敏區域接收 二射先成為信號電荷之光電轉換部分， 表面些該多個像素中，從該半導體基板之主要 衣囬上直接看過去時，該 之中心間有所偏移，m (中心與該光敏區域 各多㈣素進—步包㈣以偏轉朝向該像素中心 : = 光的光路轉換構件，以此方法入射光能導向 5亥光敏區域之中心。 2·如申請專利範圍第1項之固態成像裝置，其中， 該多個像素係以矩陣之形式佈置，使該多個像素之 中心以規律之間隔排列，以及 ^該多個光敏區域之中心自該規律之間隔排列偏 離，致使從該基板之主要表面上直接看過去時，各該多 個光敏區域之中心與對應的像素之中心間產生偏移。 3.如申請專利範圍第2項之固態成像裝置，其中， 各該多個像素更進一步包含至少一部分之汲極區 域’當由光電轉換部分產生該信號電荷時用於將信號電 荷傳送至外部電路，以及 由鄰近像素分享該汲極而破壞了各多個像素間結 構的一致性，致使該多個光敏區域之該中心偏離了該規 316101 26 1251268 律的間隔。 申°月寸利範圍第1項中之固態成像裝置，其中，各該 夕個像素更進—步包括至少—個會聚透鏡。 5. =申請專利範圍第4項中之固態成像裝置，其中，該至 少一個會聚透鏡是以周期性（間斷性）方式佈置，致使一 個週期對應至多個像素。 6. 如申請專利範圍第4項中之固態成像裝置，其中， 〆夕们像素係以矩陣之方式安排，致使該多個像素 之中心係以規律之間隔排列，以及 夕该至少一個會聚透鏡為雙凸透鏡，該雙凸透鏡沿該 f個像素矩陣之列向垂直剖面或沿該多個像素矩陣之 打向垂直剖面，於整個矩陣中皆為相同。 7. 如申請專利範圍第1項之固態成像裝置，其中，多個光 敏區域形成於多個像素組成之一個像素單位中。 8. 如申請專利範圍第！項之固態成像裝置 轉換構件係為透鏡狀或稜鏡狀。 ^路 9·如申請專利範圍第}項之固態成像裝置，其中，該光路 轉換構件係以周期性之方式排列致使一個 多個像素。 Μ.如申，專利範圍第9項之固態成像裝置，其中， 夕個像素係以矩陣之形式佈置，致使該多個像 中心係以規律之間隔排列，以及 $ 、光路^換構件沿該多個像素矩陣之列向垂直剖 面或…玄多個像素矩陣之行向垂直剖面，於整個矩陣中 31610] 27 1251268 皆為相同。 η’如申請專利範圍第10項之固態成像裝置，1中 轉換構件為雙凸透鏡或稜鏡陣列。 〃 μ 12·如專利申請範圍第1項 . 、 口心成像裝置，其中，該光 m料之形㈣由三稜柱之傾 平面結合而成。 〃、凸返叙之水 13.如申請專利範圍第丨項 能士你壯职 〜战像聚置，其中，該固 悲成像裝置為一種放大固態成像裝置。 口 i4m固態成像裝置之照像機，_態成像裝置包 像素^基板以及多個以二維方式拼列於該基板上之 各多個像素内有形成於預定區域中做接收入射光 的光敏區域，以及包括用於轉換於該光敏區域接收 j之該入射光成為信號電荷之光電轉換部分， 於至少-些該多個像素中，從該半導體基板之主要 表:上直接看過去時，該多個像素之中心與該光敏區域 之中心間有所偏移，以及 y 口夕個像素進一步包括用以偏轉朝向該像素中心 行進之入射光的光路轉換構件，以此方法入射光能導向 5玄光敏區域之中心。 15.-#®態成像裝置，其中，人射光係於光敏區域中接 、^光敏區域形成於半導體基板上各多個以矩陣之形 式佈置之多個像素中，和依據該入射光之強度所輸出之 電荷訊號強度， 316101 28 1251268 6亥固恶成像裝置包括： 用方、偏轉邊入射光之多個會聚透鏡，使該入射光 曾聚於各像素之中心，以及 多個光路轉換構件各自設置對應於一個像素，且各 自用方、偏轉该朝對應之像素中心行進之人射光，使該入 子光能導向對應之光敏區域之中心， 其中， $該多個像素各自滿足預定數目之位置關係之一，該 2置關係為從該半導體基板之主要表面上直接看過去 =，該像素之該中心與該光敏區域之該中心之位置關 ί ’致使預定數目之鄰近像素滿足所有構造了-個像素 早位之預定數目之位置關係， 各像素單位於是有包含預定數目之鄰近像素之相 同構造，以及 们以上之光路轉換構件形成_個單位以對應至 一個像素單位。 〜 16 •-種固態成像裝置，其中，入射光係於光敏區域中接 收’該光敏區域形成於半導體基板上各多個以矩陣之形 ::置之多個像素中，和依據該入射光之強度所輪出之 電荷訊號強度， 聚透鏡，使該入射光能 該固態成像裝置包括： 用於偏轉該入射光之多個會 f聚於各像素之中心，以及 應於一個像素，且各 多個光路轉換構件各自設置對 3]61〇] 29 1251268 之像素……射先，使該入 、％之光敏區域之中心， 其中， ^ ^们像素各自滿足預定數目之位置關係之一，哕 時， h版基板之主要表面上直接看過去 Λ ，π之该中心與該光敏區域之該中心之位置 =致使預定數目之鄰近像素滿足所有構造了-個像辛 早位的預定數目之位置關係， u像素 各像素單位於是有包含預定數目之鄰近像素之相 同構造，以及 ,、一個以上之光路轉換構件視為一個單位橫跨多個 郴近像素單位而形成。 31610] 30
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