TWI407782B - 具有聚焦互連之影像感測器，及有效率地捕捉入射光之方法與裝置 - Google Patents
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Description
本發明大致上係關於成像電路，且特別有關於(但非僅有關於)影像感測器。
積體電路已被研發以減少用於實施電路系統之組件的尺寸。舉例來說，積體電路使用越來越小的設計特徵，其將減低用於實施該電路系統之面積，使得現在設計特徵遠小於可見光之波長。隨著影像感測器及為一感應陣列之部分的個別像素之尺寸日益縮減，重要的係更有效地捕捉照射該感應陣列之入射光。因此，更有效地捕捉入射光有助於維持或改善被尺寸越來越小之感應陣列所捕捉之電子影像之品質。
在本發明之一態樣中，一種影像感測器包括：一基板，其具有接收入射光之一表面；及一像素陣列，其形成於該基板上及該基板內，該像素陣列包括若干像素，每一像素包括：一感光區域，其具有形成於該基板中之一感測器區域；一隔離區域，其置於該基板內圍繞該感光區域之一區域中，且其鄰接於諸鄰接像素之隔離區域以將該等鄰接像素彼此隔離，其中該隔離區域係不具有一溝渠隔離之一摻雜物擴散區域；一第一金屬層，其形成於該基板之該表面上，該第一金屬層界定具有一第一孔穴區域之一第一孔穴，該入射光於照明該感光區域之前穿過該第一孔穴；及
一第二金屬層，其形成於該第一金屬層之上，該第二金屬層界定具有大於該第一孔穴區域之一第二孔穴區域之一第二孔穴，其中該第一孔穴及該第二孔穴將該入射光聚焦於該感光區域上並遠離隔離區域，其中該第一及第二孔穴包括在該第一及第二孔穴之內邊緣上之傾斜邊緣，該等傾斜邊緣具有一斜率，該斜率實質匹配於該第一及第二孔穴兩者之該等內邊緣之一切線。
在本發明之另一態樣中，一種有效率地捕捉入射光之方法包括：接收一影像感測器之一像素陣列之每一像素之一感光區域中的入射光，其中該像素陣列之每一像素係置於一基板層內且藉由該基板層內之一隔離區域而與該像素陣列之其他像素分隔開，其中該隔離區域係不具有一溝渠隔離之一摻雜物擴散區域；使用具有一第一孔穴區域之一第一孔穴來透鏡化該入射光，該入射光於照明該感光區域之前穿過該第一孔穴區域；使用具有大於該第一孔穴區域之一第二孔穴區域之一第二孔穴來透鏡化該入射光，其中該第二孔穴處於該第一孔穴之上，且其中該第一孔穴及該第二孔穴將該入射光聚焦於該感光區域上並遠離該隔離區域，其中該第一及第二孔穴包括在該第一及第二孔穴之內邊緣上之傾斜邊緣，該等傾斜邊緣具有一斜率，該斜率實質匹配於該第一及第二孔穴兩者之該等內邊緣之一切線。
在本發明之又一態樣中，一種有效率地捕捉入射光之裝置包括：一感光區域，其形成於一積體電路之一基板中；一第一金屬層，其形成於該基板之表面上，該第一金屬
層界定具有一第一孔穴寬度之一第一孔穴，該入射光於照明該感光區域之前穿過該第一孔穴，其中該第一孔穴寬度小於該第一孔穴下之該感光區域的寬度；及一第二金屬層，其形成於該第一金屬層之上，該第二金屬層界定具有大於該第一孔穴寬度之一第二孔穴寬度之一第二孔穴，其中該第一孔穴及該第二孔穴將該入射光聚焦於該感光區域上，其中該第一及第二金屬層包括在該第一及第二孔穴之內邊緣上之傾斜邊緣，該等傾斜邊緣具有一斜率，該斜率實質匹配於該第一及第二孔穴兩者之該等內邊緣之一切線。
參考附圖而描述本發明之非限定及非詳盡之實施例，除非特定指出，其中相似參考數字代表遍及各圖之相似部分。
本文將描述一種影像感測器反射器之實施例。在如下之描述中，將提到一些具體細節以徹底理解該等實施例。然而，相關技術熟練者將瞭解描述於此之該等技術可在不具有一個或更多個該等具體細節的情況下實施，或使用其他方法、組件、材料等而實施。在其他情況中，未詳細顯示或描述熟知之結構、材料或操作以避免混淆某些態樣。
貫穿此說明，對「一個實施例」或「一實施例」之敘述意為相關於該實施例而描述之一特定特徵、結構或特性被包含於本發明之至少一個實施例中。因此，在貫穿此說明的多個地方出現的語句「在一個實施例中」或「在一實施
例中」並不一定全都涉及同一個實施例。此外，該等特定特徵、結構或特性可以任何適當方式組合於一個或更多個實施例中。本文中使用之用語「或」通常意為涵蓋一包含性功能的一種意思，諸如「及/或」。
大致上，積體電路包括多種應用所使用之電路系統。該等應用使用諸如邏輯裝置、成像器(包括CMOS及CCD成像器)及記憶體(諸如DRAM及基於NOR及基於NAND之快閃記憶體裝置)之廣泛的多種裝置。此等裝置通常使用具有多種功能(包括切換及放大信號)之電晶體。
電晶體通常係藉由在一矽基板上執行微影製程而形成於積體電路中。該等製程包括諸如以下之步驟：施加一光阻層於該基板，利用光(包括深紫外光波長)曝光該光阻層為一圖案，藉由蝕刻而視所採用者係正光阻性或負光阻性光阻而消除光阻之被曝光部或未被曝光部，並藉由(例如)沈積或植入額外材料來調整被曝光結構以形成電子組件(包括電晶體)之多種結構。
術語「基板」包括使用基於矽、矽-鍺、鍺、砷化鎵及其類似物而形成之基板。術語基板亦可指稱先前已於該基板上執行以形成基板中之區域及/或接面的製程步驟。術語基板亦可包括多種技術，諸如摻雜及未摻雜半導體，矽磊晶層及其他形成於該基板上之半導體結構。
化學機械平坦化(CMP)可經執行以呈現適於形成額外結構的被調整基板之表面。該等額外結構可藉由執行額外處理步驟(諸如以上介紹之製程)而增添於該基板。
隨著作為一感測陣列之一部分的個別像素中之影像感測器之尺寸日益縮減，多種設計企圖更有效地捕捉照射感測陣列之入射光。例如，一像素之光感測元件之區域(諸如一光電二極體區域)通常係藉由配置一微透鏡於每一像素之間(或以下)而最大化，以使得入射光更好地被聚焦於光感測元件之上。藉由微透鏡聚焦光來企圖捕捉正常將入射於光感測元件佔用之區域外的像素之上的光(並因此損耗及/或「洩漏」至其他非所需像素)。
根據本發明，不同層級之金屬互連線之邊緣係被用以將來自一被照明物件之光聚焦至一影像感測器之一像素的一感光區域上。金屬之兩層級可用以聚焦入射光。金屬之兩層級可係附於感光區域與被成像物件之間的用於互連之金屬層及/或用於任何其他意圖之金屬。
為了繪示，圖1係繪示在一影像感測器100中之以一圖案配置於感光元件之一陣列上的樣本濾光器的一側視圖。為簡化起見，該圖解未按比例繪製。一般而言，影像感測器100包括以二維列及行之一陣列跨一基板101配置的數個感光元件。圖1繪示三個感光元件102、104及106，其等被顯示為光電二極體區域102、104及106。該陣列可包括上百或上千列及/或行(甚至更多)。此外，該陣列可具有不同於直線行及列之一配置。
基板101可為一半導體基板。對於某些實施例，基板101係一摻雜矽基板。
每一感光元件102、104及106通常將所接收之光轉換為
與所偵測之光強度成比例的一電信號。感光元件可為一光電二極體或其他固態裝置。亦可使用其他感光裝置。所得像素可包括(例如)諸如一個或多個CMOS電晶體之放大及讀出電路(未顯示)。所得像素可為具有大約為1.75微米或更小尺寸之裝置。(或者，所得像素可為更大)。為清晰起見，僅繪示用於感光元件102、104及106之參考數字。感光元件102、104及106可以任何合適之已知方式設置於基板101中。
影像感測器100中之一典型個別像素可包括多層(其包括金屬層、平坦化層及其類似物)之一堆疊。如圖所示，影像感測器100包括具有設置於一介電材料108中之M1導體的一第一金屬層。對於某些實施例，該第一金屬層可被蝕刻為M1金屬導體之形狀，且該等M1導體可藉由拋光而平坦化。介電材料108可經沈積及/或生長以填充M1導體間之間隙。介電材料108可將M1導體與基板101隔離。
介電材料108可為諸如一氧化物之絕緣體。對於某些實施例，該介電材料可為二氧化矽。
M1導體可為銅、鋁、鋁銅混合物或其他適以傳送一信號之材料(諸如多晶矽)。
如圖所示，影像感測器100包括具有設置於一介電材料110中之M2導體的一第二金屬層。對於某些實施例，該第二金屬層可被蝕刻為M2金屬導體之形狀，且該等M2導體可藉由拋光而平坦化。介電材料110可經沈積及/或生長以填充M2導體間之間隙。介電材料110可將M1金屬導體與
M2金屬導體隔離。
介電材料110可為諸如氧化物之任何絕緣體。對於某些實施例，該介電材料可為二氧化矽。
M2導體係可由適於導體M1之材料製成。
此外，濾光器被設置於由介電材料110界定之層上。濾光器可與感光元件對齊，以使得一濾光器116與感光元件102對齊，一濾光器118與感光元件104對齊，且一濾光器120與感光元件106對齊。虛缐130指示濾光器與感光元件之對齊。
濾光器116、118及120可以如下描述之一合適圖案而配置。例如，其中濾光器116、118及120係彩色濾光器，濾光器116、118及120可以一Bayer圖案配置。由繪示，濾光器116係大體上容許藍光通過並阻止可見光譜中之大體上全部其他光的一藍色濾光器，濾光器118係大體上容許綠光通過並阻止可見光譜中之大體上全部其他光的一綠色濾光器，濾光器120係大體上容許紅光通過並阻止可見光譜中之大體上全部其他光的一紅色濾光器。在其他實施例中，濾光器可為青色、品紅色(作為雙色濾光器之實例)、黃色或其他合適之濾光器。
濾光器116、118及120可由任何合適材料製成。一個合適材料係丙烯酸-諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或多聚甘氨酸(PGMA)-其等為有色或經染色的。其他可為有色或染色之光阻型材料亦可用於彩色濾光器。
在某些實施例中，微透鏡係設置於濾光器之上。如圖所
示，一微透鏡122係設置於濾光器116之上，一微透鏡124係設置於濾光器118之上，且一微透鏡126係設置於濾光器120之上。該等微透鏡經配置以將入射光聚焦於感光元件之上，以使得微透鏡122將入射光聚焦至感光元件102上、微透鏡124將入射光聚焦至感光元件104上、微透鏡126將入射光聚焦至感光元件106上。微透鏡、濾光器及其他層可使用任何合適沈積、蝕刻、遮罩技術以及平坦化、加熱、回流、化學氣相沈積(CVD)、電漿增強化學氣相沈積(PECVD)或其他合適技術而設置。
影像感測器係通常使用大體上平坦之像素堆疊中之層而製成。一般而言，光電二極體越接近基板表面，自濾光器至光電二極體傳播之光量越大。當電子電洞對相對遠離(所提供之較大區域中)光電二極體空乏區而形成時，所形成之電子電洞對更可能被鄰接之光電二極體捕捉。由鄰接光電二極體對於所形成之電子電洞對的捕捉通常係一所不期望之效果：模糊現象(其導致鄰接像素看起來較「真」值更亮)。相應地，模糊現象之機率隨著矽基板之厚度增加而增大，而靈敏度隨著所用矽基板之厚度變薄而減低。
由更為詳盡之解釋可知(參考以下之附圖)，當一較大孔穴形成於金屬之一頂層且一較小孔穴形成於金屬之一底層時，金屬之兩層級可被最佳地配置。例如，自光電二極體之一中心垂直參考缐至一更高層級金屬邊緣之距離大於自中心垂直參考缐至一相應較低層級金屬邊緣之距離。藉由調整自一金屬結構之一邊緣至中心垂直參考缐之距離，用
於「透鏡化光」之一最佳角度可形成於金屬之頂邊緣與底邊緣之間。該最佳角度可被顯示為中心垂直參考缐與藉由連接堆曡金屬結構之內邊緣而形成之一線之間的角度。
此配置之效果係以建立一光學波導(藉由使用金屬孔穴邊緣之「透鏡化」效果)，以最佳地引導光穿過金屬層並將該光聚焦至一像素之一感光區域上。因設計特徵部之尺寸接近並超出待捕捉光之波長(例如整合標度增加)，故設計特徵部之「透鏡化」效果變得更為明確及重要。例如以下之圖4A繪示具有一寬度為1.3微米的一較低孔穴(在基板上0.5微米)，光穿過其具有0.620微米之橫斷波長。
因串擾及洩漏問題亦隨著整合比例之增加而越發重要，所以波導可被用以引導光遠離易受串擾及/或洩漏影響之像素中之區域。相應地，像素可更接近地間隔，且/或隔離區域可使用擴散而形成(例如，較於使用淺溝渠隔離區域，其需更多處理步驟)。
圖2係繪示一影像感測器之一樣本感測器陣列之一部的一頂視圖。陣列200包括像素210。像素210係形成於包括陣列200之一基板中。陣列200通常包含上千或上百萬之像素的類似物。為清晰起見，僅顯示一像素。每一像素可藉由(例如)一隔離區域結構205而與其他像素分開。
每一像素包括形成於包含陣列200之基板中的一光電二極體區域220。金屬化層係通常形成於基板上(或下)之層中。孔穴230及240可分別形成於(例如)一第一金屬層及第二金屬層中。在另一實例中，孔穴230及240可分別形成於
(例如)一第一金屬層及一第三金屬層中。第一金屬層及第二金屬層可使用前端處理而形成，並可使用微影製程形成圖案以分別界定孔穴230及240。孔穴230及240附於處於光電二極體區域220之上(以下圖3之描述提供一截面圖)的一區域中。金屬層係通常形成於層間介電層內以提供隔離。如圖2所示，孔穴240之整體周長可自孔穴230上一視點而觀察。孔穴230及240可使用半透明材料(諸如二氧化矽及其類似物)而填充。
圖3係繪示一實例之一樣本像素的截面圖。像素300係通常配置於具有其他像素之一二維陣列(諸如陣列200)中，以使得一電子影像可回應於每一像素中一光電二極體區域305捕捉之入射光而形成。每一像素形成於一基板310(其中形成光電二極體區域305)中。金屬層321及322係通常形成於層間介電層320內以提供隔離。濾光器330係一彩色濾光器及/或紅外線濾光器。例如，濾光器330被用以捕捉彩色影像或增加像素對特定光波長之靈敏度。
每一像素亦可具有與每一像素相關之一微透鏡340，以使得入射光更直接地被導入像素。入射光穿過微透鏡340及彩色濾光器330，該彩色濾光器330容許一經選擇波長之光穿過。光穿過像素之金屬/介電層320並進入光電二極體305。在該實例中，光穿過形成於金屬化層中之孔穴321及322。(儘管圖3顯示孔穴之截面，該等孔穴形狀可跨以上圖2所繪示的一像素之表面而多樣化)。如以下圖4中之繪示，光係由孔穴之相對尺寸及位置而引導並聚焦。
圖4係繪示穿過具有不同孔穴之多種像素之光波的截面圖。圖4A繪示穿過具有1.59微米之一頂部孔穴422及1.3微米之一底部孔穴421之一像素的光波截面圖。因此頂部孔穴大致上係寬於(並具有一較大區域)底部孔穴。座落於感光區域上之每一孔穴中之金屬層之相對邊緣間區域可被視為每一孔穴之區域。
頂部孔穴係形成於大約1.5微米之一高度處(光電二極體表面之上，其顯示為Y軸上之0微米處)，而底部孔穴係形成於大約0.5微米之一高度處。例如，因此底部孔穴形成於可見光波長範圍內之一高度的一感光區域。相應地，孔穴之邊緣對穿過孔穴之光提供一透鏡化效果。線426繪示二孔穴之相對內邊緣之切線所形成的一角度。線426被顯示為收斂於孔穴之下之基板(及/或光電二極體區域)之一區域。
入射光(具有波長大約620奈米之一實例波長)穿過微透鏡440，以使得入射光更直接地被導入像素。該入射光穿過彩色濾光器430，該彩色濾光器430容許一被選擇波長之光穿過。如圖4A所示，頂部孔穴422及底部孔穴421(係形成於金屬/介電層420中)提供一透鏡化效果給光以產生一干涉圖案412。圖案412繪示光之一頂部被初始地傳播至基板之頂面周圍之光電二極體區域(未顯示)(垂直標度之大約0微米之深度)，而光之一更深部因其更深地穿入基板(以1至6微米之深度)而未傳播。相應地，光被聚焦至像素之一感光區域之上，此增加光導效率。光之更深部朝向像素中心
而聚焦，此增加效率並縮減串擾(其係由於光生電子遷移至鄰接像素而引發)。
圖4B繪示穿過具有1.3微米寬之一頂部孔穴442及1.3微米寬之一底部孔穴441的一像素之光波的截面圖。頂部孔穴係形成於大約1.5微米之一高度，而底部孔穴係形成於大約0.5微米之一高度。因此(實例)頂部孔穴與底部孔穴具有相同寬度。線446繪示二孔穴邊緣之切缐形成的一垂直角。線446被顯示為平行並因而未會聚於基板中。
入射光(具有波長大約620奈米之一實例波長)穿過微透鏡440，以使得入射光更直接地被導入像素。該入射光穿過彩色濾光器430，該彩色濾光器430容許一經選擇波長之光穿過。如圖4B所示，頂部孔穴442及底部孔穴441提供一透鏡化效果給光以產生一干涉圖案414。圖案414繪示光之一頂部以孔穴(442及441)之寬度初始地傳播至基板410之頂面，而光之一更深部隨著其更深地穿入基板(大約1至6微米之深度)而擴展至超過2微米之一寬度。相應地，光之更深部遠離像素之一垂直中心軸(在X軸之0微米處)傳播，其增加串擾(其係由於光生電子遷移至鄰接像素而引發)。
圖4C繪示穿過具有1.0微米寬之一頂部孔穴462及1.3微米寬之一底部孔穴461的一像素之光波的截面圖。頂部孔穴係形成於金屬/介電層420中大約1.5微米之一高度，而底部孔穴係形成於大約0.5微米之一高度。因此(實例)頂部孔穴係小於底部孔穴。線466繪示二孔穴相對內邊緣之切缐所形成的一角度。線466被顯示為收斂於孔穴以下之基板
(及/或光電二極體區域)之一區域。
入射光(具有波長大約620奈米之一實例波長)穿過微透鏡440，以使得入射光更直接地被導入像素。該入射光穿過彩色濾光器430，該彩色濾光器430容許一被選擇波長之光穿過。如圖4C所示，頂部及底部孔穴462及461提供一透鏡化效果給光以產生一干涉圖案416。圖案416繪示光之一頂部被初始地傳播圍繞基板410之頂面(深度大約0微米)，而光之一更深部因其更深地穿入基板(大約1至6微米之深度)而擴展至超過2微米之一寬度。相應地，光之更深部遠離像素之一垂直中心軸(在X軸之0微米處)而傳播，此增加串擾(其係由於光生電子遷移至鄰接像素而引發)。
圖5繪示具有1.59微米寬之一頂部孔穴522A/522B及1.3微米寬之一底部孔穴521A/521B的一像素的截面圖。像素500包括一基板510、金屬/介電層520、彩色濾光器530及微透鏡540。頂部孔穴係形成於金屬/介電層520中大約1.5微米之一高度，而底部孔穴形成於大約0.5微米之一高度。
如圖所示，底部孔穴配置有521B之內邊緣，其相對於線542B所示之522B之內邊緣呈垂直對齊。再者，底部孔穴配置有521A之內邊緣，其相對於線542A所示之522A之內邊緣呈對角對齊。因此，頂部孔穴大於底部孔穴，此導致更深地穿入基板之入射光的傳播減少。線542A及542B被顯示為收斂於孔穴以下之基板(及/或光電二極體區域)之一區域中。光之更深部朝向像素中心而聚焦，此增加效率並
縮減串擾(其係由於光生電子遷移至鄰接像素而引發)。
圖6繪示具有藉由三個金屬層而形成之一孔穴的一像素的截面圖。一頂部孔穴623之寬度為1.59微米且一底部孔穴621之寬度為1.3微米。一中部孔穴622係形成於頂部孔穴623與底部孔穴621之間之一層中。中部孔穴622具有至少大於底部孔穴621之寬度。在該實例中，孔穴622之寬度係頂部孔穴及底部孔穴寬度的平均數，以使得一線642可經繪製以切線相交於頂部、中部及底部孔穴之內邊緣。在另一實施例中，線642未與中部孔穴之一內邊緣相交。
像素600包括一基板610、金屬/介電層620、彩色濾光器630及微透鏡640。頂部孔穴係形成於金屬/介電層620中大約1.5微米之一高度處，而底部孔穴係形成於大約0.5微米之一高度處。中部孔穴係形成於大約0.75微米之一高度處。相應地，透鏡化可根據以上參考圖4A之論述而完成。光藉由頂部、中部及底部孔穴而聚焦於像素之一感光區域之上，此增加感光區域之光電轉換效率。因光生電子相較於穿過鄰接之像素更可能被感光區域捕捉，故光之一更深部朝向像素中心聚焦，此增加效率並減少串擾。
圖7繪示穿過具有由二斜邊之金屬層而形成之一孔穴之一樣本像素的截面圖。一頂部孔穴722之寬度為1.59微米，且一底部孔穴721之寬度為1.3微米。在該實例中，孔穴之金屬邊緣可由各向異性蝕刻而傾斜。例如，蝕刻製程可使用包含用於蝕刻孔穴之金屬邊緣之鹵素之一加壓處理製程氣體。具有大約1：1至大約1：3之碳-氫比率之一烴抑制
氣體可被用以將一抑制劑沈積於蝕刻金屬特性上，以實現各向異性蝕刻。
金屬邊緣之蝕刻形成由二孔穴之相對內邊緣之切缐742繪示之一角度。因此，第一金屬層及第二金屬層係傾斜的，使得傾斜角具有一正或負斜率類型，其與該第一孔穴及第二孔穴之鄰接邊緣之內邊緣之一切缐(例如線742之一者)之斜率類型(正或負)相同。線742顯示為收斂於孔穴以下之基板(及/或光電二極體區域)之一區域。
像素700包括一基板710、金屬/介電層720、彩色濾光器730及微透鏡740。頂部孔穴係形成於金屬/介電層720中大約1.5微米之一高度處，而底部孔穴係形成於大約0.5微米之一高度處。相應地，透鏡化可根據以上參考圖4A之論述而完成。光藉由頂部及底部孔穴之內邊緣而聚焦於像素之一感光區域之上，此增加感光區域之光電轉換效率。因光生電子相較於穿過鄰接之像素更可能被感光區域捕捉，故光之一更深部朝向像素中心聚焦，此增加效率並減少串擾。
本發明之上述實施例，包含發明摘要所描述之內容不具有排他性或將本發明限制為所揭示之精確形式。雖然本發明之具體實施例及實例為繪示性之目的而被描述於此，但相關技術熟練者將理解本發明範圍中的多種修改係可行的。
按照如上之詳細描述，可對本發明做出這些修改。使用於如下請求項中的術語不應被解釋為將本發明限制為揭示
於此說明書中的具體實施例。相反地，本發明之範圍完全由如下之請求項界定，其係根據請求項解釋之既定原則來理解。
100‧‧‧影像感測器
101、310、410、510、610、710‧‧‧基板
102、104、106‧‧‧感光元件
108、110‧‧‧介電材料
116、118、120‧‧‧濾光器
122、124、126‧‧‧微透鏡
130‧‧‧虛缐
200‧‧‧感測器陣列
205、305‧‧‧隔離區域結構
210、300、500、700‧‧‧像素
220、305‧‧‧光電二極體區域
230、240‧‧‧孔穴
320、420、520、620、720‧‧‧介電層
321、322‧‧‧金屬層
321、461、441、621、721‧‧‧底部孔穴
322、462、442、623、722‧‧‧頂部孔穴
330、430、530、630、730‧‧‧彩色濾光器
340、440、540、640、740‧‧‧微透鏡
412‧‧‧干涉圖案
426、446、642、542A、542B、742‧‧‧線
622‧‧‧中部孔穴
圖1係繪示配置於一樣本前端照明(FSI)影像感測器100的一側視圖；圖2係繪示一影像感測器之一樣本感測器陣列的一頂視圖；圖3係繪示一樣本影像感測器之一樣本像素的截面圖；圖4A至4C繪示穿過具有不同孔穴之多種像素之光波的截面圖；圖5繪示一樣本影像感測器之另一樣本像素的截面圖；圖6繪示具有藉由三金屬層而形成之一孔穴的一像素的截面圖；及圖7繪示具有藉由具斜邊之二金屬層而形成之一孔穴的一樣本像素的截面圖。
100‧‧‧影像感測器
101‧‧‧基板
102、104、106‧‧‧感光元件
108、110‧‧‧介電材料
116、118、120‧‧‧濾光器
122、124、126‧‧‧微透鏡
130‧‧‧虛缐
Claims (18)
- 一種影像感測器，其包括：一基板，其具有接收入射光之一表面；及一像素陣列，其形成於該基板上及該基板內，該像素陣列包括若干像素，每一像素包括：一感光區域，其具有形成於該基板中之一感測器區域；一隔離區域，其置於該基板內圍繞該感光區域之一區域中，且其鄰接於諸鄰接像素之隔離區域以將該等鄰接像素彼此隔離，其中該隔離區域係不具有一溝渠隔離之一摻雜物擴散區域；一第一金屬層，其形成於該基板之該表面上，該第一金屬層界定具有一第一孔穴區域之一第一孔穴，該入射光於照明該感光區域之前穿過該第一孔穴；及一第二金屬層，其形成於該第一金屬層之上，該第二金屬層界定具有大於該第一孔穴區域之一第二孔穴區域之一第二孔穴，其中該第一孔穴及該第二孔穴將該入射光聚焦於該感光區域上並遠離隔離區域，其中該第一及該第二孔穴包括在該第一及該第二孔穴之內邊緣上之傾斜邊緣，該等傾斜邊緣具有一斜率，該斜率實質匹配於該第一及該第二孔穴兩者之該等內邊緣之一切線。
- 如請求項1之影像感測器，進一步包括一微透鏡，其置於該第二金屬層上之一層上。
- 如請求項1之影像感測器，進一步包括一第三金屬層，其形成於該第一金屬層之上且在該第二金屬層以下。
- 如請求項3之影像感測器，其中該第三金屬層界定一第三孔穴，其具有大於該第一孔穴區域之一第三孔穴區域。
- 如請求項4之影像感測器，其中該第三孔穴區域小於該第二孔穴區域。
- 如請求項1之影像感測器，其中當自該第二孔穴之上觀察時，該第一孔穴之整體周長係可見的。
- 如請求項1之影像感測器，其中相對於具有620奈米之波長之入射光，該第一孔穴之一寬度係1.3微米，其小於該入射光之該波長的三倍。
- 如請求項1之影像感測器，其中該第一孔穴係八角形。
- 如請求項1之影像感測器，其中該第二孔穴具有比該第一孔穴大至少20%的一寬度。
- 如請求項1之影像感測器，其中該第一孔穴及該第二孔穴之相對內邊緣之切缐相交於該基板中。
- 如請求項10之影像感測器，其中該等切缐相交於該感測器區域中。
- 如請求項10之影像感測器，其中相對於具有620奈米之波長之入射光，該第一孔穴之該寬度係1.3微米，其大於該入射光之該波長或小於該入射光之該波長的三倍。
- 如請求項1之影像感測器，其中該第一孔穴及該第二孔穴將該入射光更寬地聚焦於該基板之一較淺深度處，並 更窄地聚焦於該基板之一較深深度處。
- 一種有效率地捕捉入射光之方法，其包括：接收一影像感測器之一像素陣列之每一像素之一感光區域中的入射光，其中該像素陣列之每一像素係置於一基板層內且藉由該基板層內之一隔離區域而與該像素陣列之其他像素分隔開，其中該隔離區域係不具有一溝渠隔離之一摻雜物擴散區域；使用具有一第一孔穴區域之一第一孔穴來透鏡化該入射光，該入射光於照明該感光區域之前穿過該第一孔穴區域；使用具有大於該第一孔穴區域之一第二孔穴區域之一第二孔穴來透鏡化該入射光，其中該第二孔穴處於該第一孔穴之上，且其中該第一孔穴及該第二孔穴將該入射光聚焦於該感光區域上並遠離該隔離區域，其中該第一及該第二孔穴包括在該第一及該第二孔穴之內邊緣上之傾斜邊緣，該等傾斜邊緣具有一斜率，該斜率實質匹配於該第一及該第二孔穴兩者之該等內邊緣之一切線。
- 如請求項14之方法，進一步包括使用形成於該第一金屬層之上、該第二金屬層以下的一第三金屬層來透鏡化該接收之入射光。
- 如請求項14之方法，其中該第一孔穴及該第二孔穴將該入射光更寬地聚焦於該基板之一較淺深度處，並更窄地聚焦於該基板之一較深深度處。
- 一種有效率地捕捉入射光之裝置，其包括： 一感光區域，其形成於一積體電路之一基板中；一第一金屬層，其形成於該基板之表面上，該第一金屬層界定具有一第一孔穴寬度之一第一孔穴，該入射光於照明該感光區域之前穿過該第一孔穴，其中該第一孔穴寬度小於該第一孔穴下之該感光區域的寬度；及一第二金屬層，其形成於該第一金屬層之上，該第二金屬層界定具有大於該第一孔穴寬度之一第二孔穴寬度之一第二孔穴，其中該第一孔穴及該第二孔穴將該入射光聚焦於該感光區域上，其中該第一及該第二金屬層包括在該第一及該第二孔穴之內邊緣上之傾斜邊緣，該等傾斜邊緣具有一斜率，該斜率實質匹配於該第一及該第二孔穴兩者之該等內邊緣之一切線。
- 如請求項17之裝置，其中該第一孔穴及該第二孔穴將該入射光更寬地聚焦於該基板之一較淺深度處，並更窄地聚焦於該基板之一較深深度處。
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