TWI430437B - 固態成像裝置以及相機模組 - Google Patents

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Description

固態成像裝置以及相機模組
本發明係關於一種固態成像裝置，更特定言之，係關於(例如)其中在一像素中包括一光電轉換部分與一像素電晶體之MOS(metaloxidesemiconductor；金氧半導體)影像感測器的固態成像裝置。此外，本發明係關於一種包括此一固態成像裝置之相機模組。
相關申請案交互參考
本發明包含的標的與2007年6月28日在日本專利局申請的日本專利申請案JP2007－171008相關，其全部內容以引用方式併入本文中。
固態成像裝置大致可以係分成：電荷傳送固態成像裝置，其以CCD(chargedcoupleddevice；電荷耦合裝置)影像感測器為代表；以及放大固態成像裝置，其以CMOS(complementarymetaloxidesemiconductor；互補式金氧半導體)影像感測器為代表。與CMOS影像感測器相比，該CCD影像感測器可能需要與該CMOS影像感測器相比更高之一電源電壓，因為該CCD影像感測器可能需要用於一信號電荷的傳送之一高驅動電壓。
因此，在較低電源供應、功率消耗及類似方面與該等CCD影像感測器相比具有優於該等CCD影像感測器的優勢之CMOS影像感測器係作為該固態成像裝置安裝於諸如相機行動電話及個人數位助理(PDF)的近年來已大量使用的 行動裝置上。
在任何行動裝置或類似物中使用的固態成像裝置與小型化及高解析度一起具有一減低的每一像素之面積。此外，欲作為一光電轉換部分而提供之一光二極體之面積與像素之面積的減小一起減低。因而，其可導致敏感度或類似者的減小。因此，例如，為允許一使用者拍攝一較暗對象之一較亮影像，此項技術中已知具有一單元像素矩陣之一固態成像裝置，該單元像素矩陣包括紅外線光(IR)入射至其上之像素與具有用於阻隔紅外線光的光學內部濾波器層(或內部層IR截止濾波器層)的其他色彩像素(參見日本未審專利申請公開案第2006－190958號)。
圖1繪示不具有一用於阻隔紅外線光的濾波器層之一CMOS影像感測器，而圖2繪示具有一用於阻隔紅外線光的濾波器層之一CMOS影像感測器。在圖1與2中，僅藉由一光二極體PD來示意性表示一像素，而省略一像素電晶體以用於可清楚瞭解該CMOS影像感測器之組態。
如圖1所示之CMOS影像感測器1包括由以一二維陣列提供的複數個像素形成之一成像區域。該等像素之各像素在一半導體基板2之主要表面上具有作為一光電轉換部分之一光二極體(PD)3與複數個像素電晶體(MOS電晶體，未顯示)。在形成像素的半導體基板2之主要表面上形成複數個佈線層6，其具有透過一絕緣中間層4之複數個分層線5。此外，透過一平坦化層(未顯示)在該複數個佈線層6上形成一濾色器7與一晶片上微透鏡8。
如圖2所示之CMOS影像感測器11包括以一二維陣列提供的複數個像素形成之一成像區域。該等像素之各像素在一半導體基板2之主要表面上具有作為一光電轉換部分之一光二極體(PD)3與複數個像素電晶體(MOS電晶體，未顯示)。在形成像素的半導體基板2之主要表面上形成複數個佈線層6，其具有透過一絕緣中間層4之複數個分層線5。此外，針對一應在其上阻隔紅外線光入射的像素而在該複數個佈線層6上形成一光學內部濾波器層(內部層紅外線截止濾波器層)12。換言之，該光學內部濾波器層12係形成於紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)像素之各像素上，但在一像素(即，IR像素)上不形成光學內部濾波器層12。在一其上不形成光學內部濾波器層12的區域上形成一埋入層13，並接著透過一平坦化層(未顯示)形成一濾色器7與一晶片上微透鏡8。在此，一單元像素矩陣包括四個像素，即該等R、G及B像素與該IR像素。用於該IR像素之濾色器係由透射可見光與紅外線光之一濾波器形成。
該CMOS影像感測器11包括有效使用紅外線光之IR像素，使得可以增強其敏感度以允許(例如)在一使用者希望拍攝一較暗對象之一較亮影像時該使用者以合適的色調拍攝一較亮影像。
如圖2所示，與如圖1所示不具有該光學內部濾波器層12的CMOS影像感測器1之距離H2相比，在該濾色器7之下的層中包括該光學內部濾波器層12之上面說明的CMOS影像 感測器11具有自該光二極體3的光接收表面至該晶片上微透鏡8之一更大距離H1。該距離H1變得越大，則藉由該晶片上微透鏡8收集的光變得越不足。因而，通過該濾色器7並入射至目標像素上的彩色光(尤其係傾斜光)可進入其他色彩之相鄰像素。因此，可發生色彩混合，並且該裝置之特性(即色彩敏感度)可能減小。
需要提供一種具有用於阻隔紅外線光同時抑制一色彩混合發生之一光學內部濾波器層的固態成像裝置，並且還提供一種包括此一固態成像裝置之相機模組。
依據本發明之一具體實施例，提供一種包括複數個陣列像素、一光學內部濾波器層及光阻隔側壁之一固態成像裝置。該等陣列像素各包括一光電轉換部分與一像素電晶體。該光學內部濾波器層係提供用於阻隔紅外線光且係形成為面向該等陣列像素中之一所需像素之光電轉換部分之一光接收表面。該光阻隔側壁係形成於該光學內部濾波器層之橫向壁上。
依據本發明之另一具體實施例，提供一種包括一光學透鏡系統與一固態成像裝置之相機模組。該固態成像裝置包括複數個陣列像素、一光學內部濾波器層及一光阻隔側壁。該等陣列像素各包括一光電轉換部分與一像素電晶體。該光學內部濾波器層係提供用於阻隔紅外線光且係形成為面向該等陣列像素中之一所需像素之光電轉換部分之一光接收表面。該光阻隔側壁係形成於該光學內部濾波器層之橫向壁上。
依據本發明之具體實施例之固態成像裝置包括在該光學內部濾波器層之一橫向壁上形成之一具有一光阻隔效應的側壁。因此，入射至各像素上的傾斜光受該光學內部濾波器層的側壁阻隔並係抑制以便不進入相鄰像素。
依據本發明之具體實施例之相機模組包括具有一側壁(其具有光阻隔效應)之固態成像裝置。該側壁係形成於該光學內部濾波器層之一橫向壁上。因此，入射至各像素上的傾斜光受該光學內部濾波器層的側壁阻隔並係抑制以便不進入相鄰像素。
依據本發明之具體實施例之固態成像裝置，傾斜入射光受該光學內部濾波器層的側壁阻隔並係抑制以便不進入相鄰像素。因此，可抑制一色彩混合之發生。依據本發明之具體實施例之相機模組包括上述固態成像裝置，使得可以抑制一色彩混合之發生同時獲得高品質影像。
下文中將參考附圖說明本發明之具體實施例。
圖3係如依據本發明之一具體實施例之一固態成像裝置的一CMOS固態成像裝置(影像感測器)之整體組態的示意圖。本具體實施例之固態成像裝置21在一半導體基板100(例如一矽基板)上包括一成像區域23；以及，作為周邊電路，一垂直驅動電路24；一行信號處理電路25；一水平驅動電路26；一輸出電路27；一控制電路28；及類似者。在此，在該成像區域23上，將複數個具有其個別光電轉換部分的像素22規則配置為一二維陣列。
該控制電路28基於一垂直同步化信號、一水平同步化信號及一主時脈來產生信號(例如，一時脈信號與一控制信號)用作以下電路的操作之標準：該垂直驅動電路24、該行信號處理電路25、該水平驅動電路26及類似者。該等產生的信號係輸入至該垂直驅動電路24、該行信號處理電路25、該水平驅動電路26及類似者。
該垂直驅動電路24包括(例如)一移位暫存器，並在該垂直方向連續地在該成像區域23上針對每一列選擇性掃描各像素22。透過一垂直信號線29，將基於一信號電荷之一像素信號供應給一行信號處理電路25，該信號電荷經產生以回應在各像素之一光電轉換部分(光二極體)31上接收的光量。
該行信號處理電路25經配置以用於(例如)該等像素22之各行。使輸出自一列中之像素22的信號經受信號處理，例如用於移除一雜訊(即，該像素22中固有之一定型雜訊)之CDS(Correlated Double Sampling；相關雙取樣)及信號放大。一水平選擇開關(未顯示)係連接於該行信號處理電路25之一輸出級與一水平信號線30之間。
該水平驅動電路26包括(例如)一移位暫存器。其藉由依序輸出水平掃描脈衝來按順序選擇該等行信號處理電路25之各電路。來自該等個別行信號處理電路25之像素信號係分別輸出至該水平信號線30。該輸出電路27對透過該水平信號線30依序自該等個別行信號處理電路25供應的信號實施信號處理。
圖4繪示以上像素22之一等效電路之一範例。該像素22包括：一光電轉換部分，例如一光二極體31；以及複數個像素電晶體，即，MOS電晶體。該複數個MOS電晶體包括(例如)一傳送電晶體32、一重設電晶體33、一放大電晶體34及一選擇電晶體35。
該光二極體31實施將光轉換成電荷(在此係電子)之光電轉換，該等電荷之數量取決於所接收的光量。該光二極體31之陰極係透過該傳送電晶體32連接至該放大電晶體34之閘極。電連接至該放大電晶體34的閘極之一節點係稱為一浮動擴散部分FD。該浮動擴散部分FD係形成於該傳送電晶體32之汲極處。
該傳送電晶體32係連接於該光二極體31的陰極與該浮動擴散部分FD之間。當透過一傳送線42向該傳送電晶體32供應一傳送脈衝φTRG時開啟該傳送電晶體32之閘極。因此，該光二極體31之電荷係傳送至該浮動擴散部分FD。
該重設電晶體33之汲極係連接至一像素功率(Vdd)線43，而其源極係連接至該浮動擴散部分FD。當透過一重設線44向其閘極施加一重設脈衝φRST時開啟該重設電晶體33。在此開啟狀態下，在將一信號電荷自該光二極體31傳送至該浮動擴散部分FD之前，該浮動擴散部分FD係藉由將該浮動擴散部分FD之電荷汲取至一像素功率線43來重設。
該放大電晶體34之閘極係連接至該浮動擴散部分FD而其汲極係連接至一像素功率線43。在藉由該重設電晶體33 重設為一重設位準之前，該放大電晶體34輸出該浮動擴散部分FD之電位。此外，在藉由該傳送電晶體32作為一信號位準傳送一信號電荷之後，該放大電晶體34輸出該浮動擴散部分FD之電位。
此外，例如，該選擇電晶體35之汲極係連接至該放大電晶體34之源極而其源極係連接至該垂直信號線29。當透過一選擇線向其閘極施加一選擇脈衝φSEL時開啟該重設電晶體35。當在選擇該像素22時，自該放大電晶體34輸出之一信號係中繼至該垂直信號線29。
包括該傳送線42、該重設線44及該選擇線的橫向方向上之佈線在相同列上的像素中係共同的並係藉由該垂直驅動電路24來控制。
應注意，在該電路組態中可將該選擇電晶體35連接於該像素功率線43與該放大電晶體34之汲極之間。在上面說明的組態範例中，該像素包括四個電晶體。替代地，該像素可藉由省略該選擇電晶體而具有三個電晶體。
圖5繪示該像素之主要部分之一斷面結構的範例。一單元像素22包括：一光二極體(PD)31，其具有一第一導電類型(例如n型)電荷儲存區域45與在該區域45之表面上的一第二導電(例如p型)半導體區域(即p型累積層)46；以及複數個像素電晶體(MOS電晶體)。該光二極體(PD)31與該複數個像素電晶體係形成於一半導體基板100之一主要表面上。該光二極體31用作一光電轉換部分。圖5繪示複數個像素電晶體之中的傳送電晶體32與重設電晶體33。該傳送 電晶體32包括作為一浮動擴散部分FD提供之一n型半導體區域47、一光二極體(PD)31及透過一閘極絕緣膜形成之一傳送閘極電極48。該重設電晶體33包括作為一浮動擴散部分FD提供之一n型半導體區域47、一n型半導體區域49及透過一閘極絕緣膜形成之一重設閘極電極50。可藉由一元件分離區域51來從一相鄰像素分離該單元像素22。
在其上形成像素22的半導體基板100上，複數個層係透過一絕緣中間層53來形成。在此範例中，由金屬膜製成的三個線54[541、542及543]形成該等層，從而製成複數個佈線層55。一平坦化層56係形成於該複數個佈線層55上。可在除對應該等光二極體(PD)31之區域以外的區域處形成該等線54[541至543]。此外，但未在圖式中顯示，可形成稍後說明的光學元件，其包括一濾色器、一晶片上微透鏡及類似者。
此外，在本具體實施例中，具有一光阻隔效應之一側壁係形成於一配置於該複數個佈線層55之上的光學內部濾波器層(其阻隔紅外線光)之一橫向壁上。因而，可防止傾斜光通過該光學內部濾波器層及入射至該相鄰像素上，同時抑制一色彩混合的產生。
接下來，圖6繪示依據本發明之一第一具體實施例之一CMOS固態成像裝置之主要部分的斷面結構。為了以一直接的方式來說明本發明之一具體實施例，一像素僅係藉由一光二極體PD來表示並示意性說明，同時省略像素電晶體。相同情況將適用於稍後說明的其他具體實施例之各具 體實施例。
如圖6所示，依據該第一具體實施例的CMOS固態成像裝置61包括以一二維陣列配置於一半導體基板100之主要表面上的複數個像素22，其各具有該光二極體(PD)31。此外，複數個層係透過一絕緣中間層53來形成於該半導體基板100上。在此範例中，三個分層的線54[541、542及543]形成複數個佈線層55。一用於阻隔紅外線光的光學內部濾波器層62係對應一所需像素形成於該複數個佈線層55之上。此外，具有一光阻隔效應之一側壁63係形成於該光學內部濾波器層62之橫向壁上。
此外，填充彼此相鄰的光學內部濾波器層62之間的空間之一平坦化絕緣層(即一平坦化層64)係形成。一濾色器65與一晶片上微透鏡66係按順序形成於該平坦化層64上。
如圖7A所示，在此範例中，該濾色器65係佈局以使一紅色(R)濾色器組件65R、一綠色(G)濾色器組件65G、一藍色(B)濾色器組件65B及一透射包括紅外線光之所有波長之光的濾色器組件(下文中為方便起見稱為紅外線光(IR)濾色器組件)65IR作為一單元，其係重複配置。對應該紅色濾色器組件65R之像素係一紅色(R)像素。對應該綠色濾色器組件65G之像素係一綠色(G)像素。對應該藍色濾色器組件65B之像素係一藍色(B)像素。對應該紅外線光濾色器組件65IR之像素係一紅外線光(IR)像素。
圖7B繪示該濾色器65之另一範例。此濾色器65包括以下配置。即，在該第一列上，該紅外線光濾色器組件65IR、 該藍色濾色器組件65B、該紅外線光濾色器組件65IR及該紅色濾色器組件65R係以此順序在水平方向上重複配置。同樣，在該第二列上，該綠色濾色器組件65G、該紅外線光濾色器組件65IR、該綠色濾色器組件65G及該紅外線光濾色器組件65IR係以此順序在水平方向上重複配置。此外，在該第三列上，該紅外線光濾色器組件65IR、該紅色濾色器組件65R、該紅外線光濾色器組件65IR及該藍色濾色器組件65B係以此順序在水平方向上重複配置。此外，在該第四列上，該綠色濾色器組件65G、該紅外線光濾色器組件65IR、該綠色濾色器組件65G及該紅外線光濾色器組件65IR係以此順序在水平方向上配置。換言之，該濾色器65係設計以在垂直方向(行方向)上具有第一至第四列之一重複配置。
上面的光學內部濾波器層62係形成以便對應三個色彩像素(該R像素、該G像素及該B像素)，不包括該IR像素。如圖8所示，該光學內部濾波器層62係形成為一堆疊膜，其係由具有不同折射率之介電膜製成。例如，該光學內部濾波器層62可以係一堆疊介電膜623，其中具有一預定厚度之一氧化矽(SiO2 )膜621與具有一預定厚度之一氮化矽(SiN)膜622係交替堆疊一次以上。
一形成於該光學內部濾波器層62之橫向壁上的側壁63較佳的係由具有反射性以及一光阻隔效應之一材料製成。在此範例中，該側壁63係由一金屬膜製成。該金屬膜可以係一鎢(W)膜、一鋁(Al)膜、鈦(Ti)膜或另一金屬膜。
依據該第一具體實施例之CMOS固態成像裝置61之組態，如上面所說明，具有一光阻隔效應之側壁(在此範例中係由一金屬膜形成之側壁63)係形成於該光學內部濾波器層62之橫向壁上。如圖9所示，由一金屬膜製成之此一側壁63阻隔並防止入射至該IR像素上之光(特定言之係傾斜光Ls)通過相鄰像素上的光學內部濾波器層62。因而，可防止該光達到該相鄰像素。此外，即使該傾斜光Ls'可朝向該相鄰像素行進，通過該光學內部濾波器層62並入射至該R像素、該G像素及該B像素上的光(特定言之係傾斜光Ls')仍係藉由該金屬膜製成之側壁63阻隔。因而，可防止該光達到該相鄰像素。因此，因為提供該光學內部濾波器層62，故即使自該光二極體PD 31之光接收表面至該晶片上微透鏡66的距離H1較大，仍可抑制一色彩混合的產生。此外，還可抑制陰影的產生。
此外，因為該側壁63係由一金屬膜製成，故該側壁63具有反射性。因而，可將傾斜光Ls與Ls'之光線反射至該側壁63上並接著分別入射至對應IR像素、R像素、G像素及B像素的光二極體(PD)31上。可能通過該光學內部濾波器層62的光係入射至該光係最初入射至其上的像素之光二極體31上，使得允許光達到各像素之光二極體31的機率可增加並可獲得敏感度的改良。
因此，利用該光學內部濾波器層之好處，可提供具有高可靠性同時抑制一色彩混合之一CMOS固態成像裝置。
圖10繪示其中將一內部層透鏡併入具有該光學內部濾波 器層之CMOS固態成像裝置中而不改變自該光二極體(PD)之光接收表面至該晶片上微透鏡的距離H1的範例。本範例之CMOS固態成像裝置81具有複數個具有其個別光二極體(PD)31的像素22，其係以與如上面所說明的圖6所示之一方式類似的方式來在該半導體基板100之主要表面上配置成一二維陣列。透過一絕緣中間層53堆疊的包括複數個線54[541、542及543]之複數個佈線層55係形成於該基板100上。此外，由介電堆疊膜製成之一光學內部濾波器層62係形成於該複數個佈線層55之上。然而，不在該光學內部濾波器層62上形成上面說明的具有一光阻隔效應之側壁63。
此外，一向下凸面內部層透鏡82係形成於該中間層上，該中間層填充彼此相鄰的光學內部濾波器層62之間的空間。換言之，該向下凸面內部層透鏡82係形成以便對應該IR像素之光二極體31。該內部層透鏡82係由具有不同折射率N之一第一中間層83與一第二中間層84形成。在此範例中，該第一中間層83係由一BPSG(硼磷矽酸鹽玻璃)膜形成而該第二中間層84係由折射率N高於該BPSG膜之折射率的一氮化矽(SiN)膜形成，從而形成該向下凸面內部層透鏡82。此外，一濾色器65與一晶片上微透鏡66係透過一平坦化層形成。
依據如上面所說明的CMOS固態成像裝置81之組態，彼此相鄰的光學內部濾波器層62之間的中間層具有該向下凸面內部層透鏡82。因此，允許光達到該IR像素之光二極體31的機率可增加並可確保敏感度的改良。此外，該內部層 透鏡82係形成於彼此相鄰的光學內部濾波器層62之間。因此，可併入一內部層透鏡而不增加自該光二極體31之光接收表面至該晶片上微透鏡66的距離H1。
圖11繪示一依據本發明之一第二具體實施例之CMOS固態成像裝置。此CMOS固態成像裝置具有圖10所示之內部層透鏡82。在本具體實施例之CMOS固態成像裝置67中，一光學內部濾波器層(IR截止濾波器層)62係形成於該複數個佈線層55與該濾色器65之間，對應一所需像素。此外，具有一光阻隔效應之一側壁63(在此範例中係由一金屬膜形成之一側壁)係形成於該光學內部濾波器層62之橫向壁上。接著，如圖10所示之一向下凸面內部層透鏡82係形成於彼此相鄰的光學內部濾波器層62之間的中間層上，對應於該IR像素之光二極體31。內部層透鏡82包括一第一中間層83(在此範例中係一BPSG膜)與一第二中間層84(在此範例中係一氮化矽膜)，其折射率高於該第一中間層83之折射率。該CMOS固態成像裝置67之其他結構組件與如上面所說明之圖6所示之該些結構組件相同，使得可將相同參考數字添加至對應圖6之彼等結構組件的結構組件以省略重疊說明。
依據該第二具體實施例之CMOS固態成像裝置67之組態，由該金屬膜製成的側壁63係以如圖6所示之一方式形成於該光學內部濾波器層62的橫向壁上，使得傾斜光係由該側壁63阻隔並係自其反射。因此，可防止該光達到相鄰像素，並可抑制與減低一色彩混合的產生，同時增加允許 該光達到該R像素、該G像素、該B像素及該IR像素之光二極體31之各光二極體的機率。因而，可確保敏感度的改良。此外，該向下凸面內部層透鏡82係形成於彼此相鄰之光學內部濾波器層62之間的中間層上，使得可以併入該內部層透鏡82而不增加自該光接收表面至該晶片上微透鏡66的距離H1。因而，可增加允許光達到該IR像素之光二極體31的機率，並可獲得敏感度的改良。
接下來，作為本發明之一具體實施例，圖12至14繪示生產上面第二具體實施例之CMOS固態成像裝置67的方法。
首先，如圖12A所示，在該半導體基板100之主要表面上形成一裝置分離區域(未顯示)、複數個具有光二極體(PD)31之像素22及類似者，隨後形成複數個佈線層55，其包括該絕緣中間層53與複數個線54[541、542及543]。該等佈線54可由具有一光阻隔效應之一導電膜形成，例如一Cu線或Al線。此外，對應除該IR像素之外的R像素、G像素及B像素，在該複數個佈線層55之上形成由複數個分層介電膜形成之光學內部濾波器層62。
接下來，如圖12B所示，以一預定膜厚度形成一光屏蔽材料膜63A(在此範例中係鎢(W)或鋁(Al)金屬膜)使得該膜可沿該光學內部濾波器層62之表面延伸。
接下來，如圖12C所示，使該光屏蔽材料膜63A經受一回蝕程序以在該光學內部濾波器層62之橫向壁上形成該光屏蔽材料膜63(在此範例中係由一金屬膜形成之一側壁63)。
接下來，如圖13D所示，在包括該光學內部濾波器層62之表面的基板100之整個表面上形成具有一第一折射率之一第一中間層83(在此範例中係一BPSG膜)。該第一中間層83係形成以使其可填充彼此相鄰的光學內部濾波器層62之間的空間。因此，該第一中間層83之表面具有不規則性。
接下來，如圖13E所示，在該第一中間層83上形成一光阻膜86以使得可以藉由填充其表面上之不規則部分來平坦化該第一中間層83之表面。在此，該第一中間層83之蝕刻速率等於該光阻膜86之蝕刻速率。
接下來，將該光阻膜86與該第一中間層83回蝕至圖13E中之虛線87所示之高度以形成如圖13F所示之表面平坦化的第一中間層83。
接下來，如圖14G所示，採用一微影技術與一蝕刻技術來在該第一中間層83上在對應該等光學內部濾波器層62之各光學內部濾波器層之一位置中形成一光阻遮罩88。該光阻遮罩88係形成以使其面積在自該平面看時稍大於其上形成該側壁63的光學內部濾波器層62之面積。接下來，如圖14H所示，透過該光阻遮罩88在該第一中間層83上實施一化學乾式蝕刻程序或類似者以各向同性地移除該第一中間層83。因此，在該等光學內部濾波器層62之間的第一中間層83上形成具有一具有所需曲率之凹面曲線表面的凹面部分89。
接下來，如圖14I所示，在該第一中間層83之整個上表面上形成折射率高於該第一中間層83之折射率的第二中間 層84(在此範例中係一氮化矽(SiN)膜)，使得可使用其填充該凹面部分89。隨後，實施一回蝕處理以形成一表面平坦化的第二中間層84。一向下凸面內部層透鏡82係由該第一中間層83與填充該第一中間層83之凹面部分89的第二中間層84形成。
在隨後步驟中，在該第二中間層84上形成一濾色器65與一晶片上微透鏡66以獲得如圖11所示之依據第二具體實施例之CMOS固態成像裝置67。
應注意，存在其他用於在該第一中間層83中形成該凹面部分89的方法。如圖15所示，例如，另一方法包括以下步驟：形成具有一側壁63之一光學內部濾波器層62；形成該第一中間層83；以及利用該表面之不規則性以一預定溫度實施一回焊程序。在此程序中，該第一中間層83回焊並可在該等光學內部濾波器層62之間的第一中間層83上形成具有一具有一所需曲率之凹面曲線表面的凹面部分89。
圖16繪示依據本發明之一第三具體實施例之一CMOS固態成像裝置。本具體實施例之CMOS固態成像裝置94具有一光學內部濾波器層62(IR截止濾波器層)，其係對應一所需像素形成於該複數個佈線層55與一濾色器65之間。在該光學內部濾波器層62之橫向壁上，形成具有一光阻隔效應之一側壁63(在此範例中係由一金屬膜形成之一側壁)。此外，該CMOS固態成像裝置94包括一向下凸面內部層透鏡95，其係以兩個具有不同折射率之層形成於其中無分層線54[541至543]係形成的複數個佈線層55之間之一中間層 中。明確地說，對應該IR像素、該R像素、該G像素及該B像素之光二極體(PD)31之各光二極體，藉由在彼此相鄰的分層線54之間的區域上使用一絕緣中間層53來形成該向下凸面內部層透鏡95。該CMOS固態成像裝置94之其他結構組件與如上面所說明的圖6所示之該些結構組件相同，使得可將相同參考數字添加至對應圖6之該些結構組件的結構組件以省略重疊說明。
依據該第三具體實施例之CMOS固態成像裝置94，由該金屬膜形成的側壁63係形成於該光學內部濾波器層62之橫向壁上。因此，以與圖6所示之方式類似之一方式，傾斜光可藉由該側壁63阻隔並自其反射。因此，防止光達到相鄰像素並可抑制與減低一色彩混合的產生。此外，允許該光達到該R像素、該G像素、該B像素及該IR像素之各光二極體31的機率可增加並且可改良敏感度。此外，在該複數個佈線層55之間使用該絕緣中間層53，每一像素都具有以一向下凸面形狀之形式的內部層透鏡95。因此，可獲得併入一內部層透鏡之一CMOS固態成像裝置，其中允許該光達到所有像素之光二極體的機率可增加同時可防止自該光二極體31之光接收表面至該晶片上微透鏡66的距離H1增加。
圖17繪示依據本發明之一第四具體實施例之一CMOS固態成像裝置。本具體實施例之CMOS固態成像裝置73係形成以使得一具有一光阻隔效應與使用折射率差異之反射性的側壁74係形成於一光學內部濾波器層62之橫向壁上。該 側壁74係由具有複數個具有不同折射率之層的膜形成，例如兩個堆疊膜(一絕緣膜75與一絕緣膜76)。在此情況下，該內部絕緣膜75係由(例如)一具有一2.0之折射率的氮化矽(SiN)膜形成而一外部絕緣膜76係由(例如)一具有大約1.4之折射率的氧化矽膜形成。此外，與該外部絕緣膜76相鄰之一透光中間層77係由折射率不同於該外部絕緣膜76之折射率的材料製成。例如，其可由一具有一2.0之折射率的氮化矽(SiN)膜形成。該中間層77可具有類似於一波導之一組態，其包括該側壁74之外部絕緣膜76作為一包覆與該中間層77作為一核心。入射至該中間層77上的傾斜光Ls係完全反射至該中間層77與該側壁74之外部絕緣層76之間的邊界上，從而行進至該光二極體31。入射至該光學內部濾波器層62上的傾斜光Ls'係完全反射至該側壁74的內部絕緣膜75與外部絕緣膜76的邊界上並接著行進至該光二極體31。
該CMOS固態成像裝置73之其他結構組件與如上面所說明的圖6所示之該些結構組件相同，使得可將相同參考數字添加至對應圖6之該些結構組件的結構組件以省略重疊說明。
依據該第四具體實施例之CMOS固態成像裝置73，由具有不同折射率之複數個層(該絕緣膜75與該絕緣膜76)形成之側壁74係形成於該光學內部濾波器層62之橫向壁上。此外，形成折射率不同於該外部絕緣膜76的中間層77。因此，該CMOS固態成像裝置73之此一組態允許該傾斜光係 藉由該中間層77與該側壁74之間的邊界或該側壁74之絕緣膜75與絕緣膜76之間的邊界阻隔或自其反射。因此，防止光達到相鄰像素並可抑制與減低一色彩混合的產生。此外，允許該光達到該R像素、該G像素、該B像素及該IR像素之各光二極體31的機率可增加並且可改良敏感度。
替代地，該第四具體實施例之CMOS固態成像裝置73可具有使用如上面所說明的圖10與圖16所示之內部層透鏡82、95或類似者之一組合的組態。
此外，在圖16與17所示之具體實施例中，可對應該R像素、該G像素、該B像素及該IR像素之各像素在具有該側壁63(圖16)或該側壁74(圖17)之光學內部濾波器層62之上形成一內部層透鏡82(參見圖10)。此外，在圖17所示之第四具體實施例中，可形成該內部層透鏡82與該內部層透鏡95(參見圖10與圖16)兩者。此類具體實施例之CMOS固態成像裝置包括具有該側壁63或74的光學內部濾波器層62，該側壁具有一光阻隔效應。因而，可抑制與減低一色彩混合的產生。此外，允許該光達到各像素之光二極體31的機率可增加並可改良敏感度。
可依據如上面所說明的圖12A至13F所示之步驟來生產圖6所示之CMOS固態成像裝置61。
可在依據如上面所說明的圖14G至14I所示之步驟在該複數個佈線層55之間的絕緣中間層53上形成該內部層透鏡95之後依據圖12A至13F所示之步驟來生產圖16所示之CMOS固態成像裝置94。
可依據圖12A至13F所示之步驟來生產圖17所示之CMOS固態成像裝置73。換言之，可藉由在實施圖12A所示之步驟之後重複圖12B至12C所示之步驟兩次來形成該側壁74。
在上面說明的具體實施例中，例如，該像素包括一光二極體與四個像素電晶體，如圖4所示。然而，在圖式中未顯示，本發明之具體實施例可應用於稱為像素共用類型之一CMOS固態成像裝置，其中複數個光二極體可共用一像素電晶體。
圖18繪示依據本發明之一具體實施例之一相機模組之示意性組態。本具體實施例之相機模組110將上面說明的具體實施例之任一者之CMOS固態成像裝置117、一光學透鏡系統111、一輸入/輸出(I/O)單元112、一數位信號處理器(DSP)113及一中央處理單元(CPU)114包括於一單元中。此外，例如，一相機模組115可僅包括該CMOS固態成像裝置117、該光學透鏡系統111及該I/O單元112。此外，一相機模組116可包括該CMOS固態成像裝置117、該I/O單元112及該數位信號處理器(DSP)113。
依據本具體實施例之相機模組，可抑制相鄰像素中一光學色彩混合的產生，可改良敏感度並可使用紅外線光拍攝一較暗對象之一較亮影像。
此外，若將依據本發明之一具體實施例之CMOS固態成像裝置應用於一成像相機，則可抑制相鄰像素中一光學色彩混合的產生，可改良敏感度並可使用紅外線光拍攝一較 暗對象之一較亮影像。
熟習此項技術者應明白，只要在隨附申請專利範圍或其等效內容的範疇內，可根據設計要求及其他因素進行各種修改、組合、次組合及變更。
1‧‧‧CMOS影像感測器
2‧‧‧半導體基板
3‧‧‧光二極體(PD)
4‧‧‧絕緣中間層
5‧‧‧分層線
6‧‧‧佈線層
7‧‧‧濾色器
8‧‧‧晶片上微透鏡
11‧‧‧CMOS影像感測器
12‧‧‧光學內部濾波器層(內部層紅外線截止濾波器層)
13‧‧‧埋入層
21‧‧‧固態成像裝置
22‧‧‧像素
23‧‧‧成像區域
24‧‧‧垂直驅動電路
25‧‧‧行信號處理電路
26‧‧‧水平驅動電路
27‧‧‧輸出電路
28‧‧‧控制電路
29‧‧‧垂直信號線
30‧‧‧水平信號線
31‧‧‧光電轉換部分(光二極體)
32‧‧‧傳送電晶體
33‧‧‧重設電晶體
34‧‧‧放大電晶體
35‧‧‧選擇電晶體
42‧‧‧傳送線
43‧‧‧像素功率(Vdd)線
44‧‧‧重設線
45‧‧‧第一導電類型(例如n型)電荷儲存區域45與在該區域
46‧‧‧第二導電(例如p型)半導體區域(即p型累積層)
47‧‧‧n型半導體區域
48‧‧‧傳送閘極電極
49‧‧‧n型半導體區域
50‧‧‧重設閘極電極
51‧‧‧元件分離區域
53‧‧‧絕緣中間層
55‧‧‧佈線層
56‧‧‧平坦化層
61‧‧‧CMOS固態成像裝置
62‧‧‧光學內部濾波器層
63‧‧‧側壁
63A‧‧‧光屏蔽材料膜
64‧‧‧平坦化層
65‧‧‧濾色器
65B‧‧‧藍色(B)濾色器組件
65G‧‧‧綠色(G)濾色器組件
65IR‧‧‧紅外線光(IR)濾色器組件
65R‧‧‧紅色(R)濾色器組件
66‧‧‧晶片上微透鏡
67‧‧‧CMOS固態成像裝置
73‧‧‧CMOS固態成像裝置
74‧‧‧側壁
75‧‧‧絕緣膜
76‧‧‧絕緣膜
77‧‧‧透過中間層
81‧‧‧CMOS固態成像裝置
82‧‧‧向下凸面內部層透鏡
83‧‧‧第一中間層
84‧‧‧第二中間層
86‧‧‧光阻膜
87‧‧‧虛線
88‧‧‧光阻遮罩
89‧‧‧凹面部分
94‧‧‧CMOS固態成像裝置
95‧‧‧向下凸面內部層透鏡
100‧‧‧半導體基板
110‧‧‧相機模組
111‧‧‧光學透鏡系統
112‧‧‧輸入/輸出(I/O)單元
113‧‧‧數位信號處理器(DSP)
114‧‧‧中央處理單元(CPU)
115‧‧‧相機模組
116‧‧‧相機模組
117‧‧‧CMOS固態成像裝置
541‧‧‧線
542‧‧‧線
543‧‧‧線
621‧‧‧氧化矽(SiO2 )膜
622‧‧‧氮化矽(SiN)膜
623‧‧‧堆疊介電膜
PD‧‧‧光二極體
圖1係繪示不具有阻隔紅外線光之一光學內部濾波器層的依據先前技術之一CMOS固態成像裝置之一範例之主要部分的示意圖。
圖2係繪示具有阻隔紅外線光之一光學內部濾波器層的依據先前技術之一CMOS固態成像裝置之一範例之主要部分的示意圖。
圖3係繪示依據本發明之一具體實施例之一固態成像裝置之整體組態的示意圖。
圖4係繪示一例示的單元像素之一等效電路的電路圖。
圖5係繪示該單元像素之斷面結構的示意圖。
圖6係繪示依據本發明之一第一具體實施例之一固態成像裝置之主要部分的示意圖。
圖7A與7B係在本發明之一具體實施例中使用的濾色器之配置之一範例的平面圖。
圖8係繪示可在本發明之一具體實施例中使用之一由堆疊介電膜形成用於阻隔紅外線光的光學內部濾波器層之一範例的示意圖。
圖9係繪示依據本發明之第一具體實施例之固態成像裝置之操作的一說明圖。
圖10係繪示欲應用於本發明之一具體實施例之一固態成像裝置之主要部分之一範例的示意圖。
圖11係繪示依據本發明之一第二具體實施例之一固態成像裝置之主要部分的示意圖。
圖12A至12C係繪示用於生產依據本發明之第二具體實施例之固態成像裝置的程序之一第一部分的一示意圖，其中圖12A、12B及12C繪示該程序之個別步驟。
圖13D至13F係繪示用於生產依據本發明之第二具體實施例之固態成像裝置的程序之一第二部分的示意圖，其中圖13D、13E及13F繪示繼圖12之步驟後的該程序之個別步驟。
圖14G至14I係繪示用於生產依據本發明之第二具體實施例之固態成像裝置的程序之一第三部分的示意圖，其中圖14G、14H及14I繪示繼圖13之步驟後的該程序之個別步驟。
圖15係繪示用於生產依據本發明之第二具體實施例之固態成像裝置的程序之另一範例的示意圖。
圖16係繪示依據本發明之一第三具體實施例之一固態成像裝置之主要部分的示意圖。
圖17係繪示依據本發明之一第四具體實施例之一固態成像裝置之主要部分的示意圖。
圖18係繪示依據本發明之一具體實施例之一相機模組之組態的示意圖。
22‧‧‧像素
31‧‧‧光電轉換部分(光二極體)
53‧‧‧絕緣中間層
55‧‧‧佈線層
61‧‧‧CMOS固態成像裝置
62‧‧‧光學內部濾波器層
63‧‧‧側壁
64‧‧‧平坦化層
65‧‧‧濾色器
66‧‧‧晶片上微透鏡
100‧‧‧半導體基板
541‧‧‧線
542‧‧‧線
543‧‧‧線
PD‧‧‧光二極體

Claims (5)

  1. 一種固態成像裝置，其包含：複數個陣列像素，其各包括一光電轉換部分與一像素電晶體；一用於阻隔紅外線光之光學內部濾波器層，其係形成為面向該等陣列像素中之一所需像素之該光電轉換部分之一光接收表面；以及一光阻隔側壁，其係形成於該光學內部濾波器層之一橫向壁上，其中該側壁係由一金屬膜形成。
  2. 一種固態成像裝置，其包含：複數個陣列像素，其各包括一光電轉換部分與一像素電晶體；一用於阻隔紅外線光之光學內部濾波器層，其係形成為面向該等陣列像素中之一所需像素之該光電轉換部分之一光接收表面；以及一光阻隔側壁，其係形成於該光學內部濾波器層之一橫向壁上，其中該側壁係由其折射率不同於彼此相鄰之該等光學內部濾波器層之間之一透光層之折射率的材料製成。
  3. 如請求項2之固態成像裝置，其中複數個佈線層係由該光接收表面上包括一線與一絕緣中間層的堆疊膜形成；以及一內部層透鏡係形成於該複數個佈線層之間，面向該 光電轉換部分之該光接收表面。
  4. 一種固態成像裝置，其包含：複數個陣列像素，其各包括一光電轉換部分與一像素電晶體；一用於阻隔紅外線光之光學內部濾波器層，其係形成為面向該等陣列像素中之一所需像素之該光電轉換部分之一光接收表面；一光阻隔側壁，其係形成於該光學內部濾波器層之一橫向壁上；複數個佈線層，其係由該光接收表面上包括一線與一絕緣中間層的堆疊膜形成；以及一內部層透鏡，其係形成於該複數個佈線層之間，面向該光電轉換部分之該光接收表面。
  5. 一種固態成像裝置，其包含：一介於一第一像素及一第三像素之間的第二像素，該等第一、第二、第三像素之每一者包含一光電轉換部分，一光學內部濾波器層，其在該等第一及第三像素之每一者之光電轉換部分之一光接收側上，及一光阻隔側壁，其在該光學內部濾波器層之一橫向壁上，其中該光阻隔側壁係一金屬薄膜，及其中該金屬薄膜係鎢、鋁或鈦。
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