TWI550841B - 影像感測器及其形成方法 - Google Patents

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Description

影像感測器及其形成方法
本發明係有關於影像感測器，特別有關於三維偵測成像應用例如時差測距(time-of-flight；ToF)技術之影像感測器，其可以收集到純粹的紅外線信號。
目前，時差測距(ToF)技術已經廣泛地在現代工業中使用，藉由互補式金屬氧化半導體(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)畫素陣列與已調整之光源一起使用，以提供三維(three-dimensional；3D)影像。三維時差測距(3D ToF)攝影機已經在許多不同的應用中使用，例如已製成之商品的輪廓檢查、電腦輔助設計(computer aided design；CAD)的驗證、地理測量以及物體成像等。
三維時差測距(3D ToF)攝影機的運作係使用已調整之光源來照射景物，偵測被景物反射的光線，測量在照射與反射之間的相位偏移，並且將此相位偏移轉換成距離來達成三維時差測距。通常照射景物的已調整光源是來自於在約850nm的近紅外光範圍操作的固態雷射或發光二極體，此照射景物的光線為人眼不可見，而影像感測器則設計成對於與已調整之光源具有相同光譜的光線有反應，使得影像感測器可以接收已調整之光源照射景物後被反射的光線，並將反射光線的光子能量 轉變成電流，藉此得到景物的距離(深度)訊息。
然而，進入影像感測器的光線包含周圍環境的成分與反射的成分，而景物的距離(深度)訊息則僅存在於反射的成分中，周圍環境成分的摻雜會導致景物之距離(深度)訊息的信號對雜訊比(signal-to-noise ratio；SNR)降低，通常提高信號對雜訊比的方式為減少周圍環境成分的干擾。
本揭示提供的影像感測器具有紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)畫素以及紅外線(IR)畫素整合在單一的影像感測器中，在此影像感測器中，紅色、綠色和藍色信號從位於紅色、綠色和藍色畫素的光電二極體獲得，而紅外線信號則是從位於紅外線畫素的光電二極體獲得。然而，當位於紅色、綠色和藍色畫素的光電二極體接收到紅外光時，屬於紅外線信號的雜訊將會在紅色、綠色和藍色畫素的光電二極體中產生。本揭示之影像感測器具有紅外線濾光片設置在紅色、綠色和藍色畫素中，藉此可避免屬於紅外線信號的雜訊在紅色、綠色和藍色畫素的光電二極體中產生。因此，本揭示之影像感測器可以從位於紅外線畫素的光電二極體中得到純粹的紅外線信號的收集，而不會有屬於紅外線信號的雜訊，或者僅有很低的紅外線信號的雜訊在紅色、綠色和藍色畫素中產生，藉此可以提高影像感測器所得到的物體之距離(深度)訊息的信號對雜訊比(SNR)。
依據一些實施例，提供影像感測器，此影像感測器包括：紅色畫素、綠色畫素、藍色畫素和紅外線畫素；紅色 濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片分別設置在紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素中；紅外線通過濾光片設置在紅外線畫素中；以及紅外線濾光片與紅色濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片堆疊在一起，其中紅外線濾光片截止了至少具有特定波長的紅外光。
依據一些實施例，提供形成影像感測器的方法，此方法包括：提供含有複數個光電二極體形成於其中的半導體基底，每一個光電二極體係設置在影像感測器的紅色畫素、綠色畫素、藍色畫素以及紅外線畫素的其中一個畫素中；在半導體基底之上形成紅外線濾光材料層；除去紅外線濾光材料層位於紅外線畫素的一部分，形成紅外線濾光片，此紅外線濾光片截止了至少具有特定波長的紅外光，並且紅外線濾光片具有開口位於紅外線畫素；形成紅色濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片，分別位於紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素；以及在紅外線濾光片位於紅外線畫素的開口中形成紅外線通過濾光片。
100‧‧‧影像感測器
100A‧‧‧畫素陣列區
100P‧‧‧周邊區
100R‧‧‧紅色畫素
100G‧‧‧綠色畫素
100B‧‧‧藍色畫素
100IR‧‧‧紅外線畫素
101‧‧‧半導體基底
103‧‧‧光電二極體
105‧‧‧高介電常數膜
107、111‧‧‧護膜
109‧‧‧遮光分隔層
112‧‧‧緩衝材料層
113‧‧‧圖案化緩衝層
114‧‧‧紅外線濾光材料層
115‧‧‧紅外線濾光片
116、118、131‧‧‧開口
115SIR‧‧‧選擇性的紅外線濾光片
115IR-cut‧‧‧紅外線截止濾光片
117R‧‧‧紅色濾光片
117G‧‧‧綠色濾光片
117B‧‧‧藍色濾光片
119‧‧‧紅外線通過濾光片
120‧‧‧凹陷
121‧‧‧導線層
123‧‧‧微透鏡結構
125‧‧‧雙波段通過濾光片
127‧‧‧光源單元
128、128’、128”‧‧‧紅外光
129‧‧‧物體
130‧‧‧影像感測器裝置單元
λS‧‧‧特定波長
為了讓本揭示的各種實施例之目的、特徵、及優點能更明顯易懂，以下配合所附圖式作詳細說明如下：第1圖顯示依據一些實施例，影像感測器的一部分之剖面示意圖；第2圖顯示依據一些實施例，用於物體成像之影像感測器的配置示意圖；第3圖顯示依據一些實施例，分別說明影像感測器的紅色 濾光片、綠色濾光片、藍色濾光片、選擇性的紅外線濾光片和紅外線截止濾光片的各光學特性之穿透率對波長的圖式；第4A圖說明分別從影像感測器位於紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素的光電二極體所得到的紅色、綠色和藍色信號之穿透率對波長的圖式，其中在紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素不具有紅外線濾光片；第4B圖顯示依據一些實施例，說明分別從影像感測器位於紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素的光電二極體所得到的紅色、綠色和藍色信號之穿透率對波長的圖式，其中在紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素具有紅外線濾光片；第5圖顯示依據一些其他實施例，影像感測器的一部分之剖面示意圖；第6A-6D圖顯示依據一些實施例，製造第1圖的影像感測器之各中間階段的剖面示意圖；以及第7A-7D圖顯示依據一些實施例，製造第5圖的影像感測器之各中間階段的剖面示意圖。
參閱第1圖，其顯示依據本揭示的一些實施例，背照式(backside illumination；BSI)影像感測器100的一部分之剖面示意圖。影像感測器100具有多個畫素，包含紅色畫素100R、綠色畫素100G、藍色畫素100B和紅外線畫素100IR，這些畫素在畫素陣列區100A依序排列成陣列形式，影像感測器100的周邊區100P則圍繞畫素陣列區100A。影像感測器100還包含半導體基底101，半導體基底101含有多個光電二極體103形成於其 中，每一個光電二極體103各自設置在這些紅色畫素100R、綠色畫素100G、藍色畫素100B和紅外線畫素100IR的一個畫素中。
影像感測器100還包含導線層121形成在半導體基底101的一表面上，在背照式(BSI)影像感測器100中，導線層121係設置在光電二極體103下方。導線層121由多個金屬層以及設置在這些金屬層之間的多個介電層所組成，這些金屬層和介電層可以藉由熟知的半導體積體電路之製造技術形成，為了簡化圖式，在第1圖中並未繪出這些金屬層和介電層。另外，導線層121包含多個電路區，每一個電路區各自對應至一個光電二極體103。在一些實施例中，影像感測器100可以是將紅色、綠色、藍色和紅外線畫素整合在單一影像感器中的互補式金屬氧化半導體(CMOS)影像感測器(CIS)。
在一些實施例中，影像感測器100包含高介電常數膜105形成在半導體基底101的另一表面上，高介電常數膜105係設置在光電二極體103上方。影像感測器100還可包含護膜(passivation film)107形成在高介電常數膜105上，以及遮光分隔層(light-shielding partition layer)109形成在護膜107上。遮光分隔層109具有複數個分隔物，每一個分隔物係設置在影像感測器100的兩個相鄰畫素之間，藉此可避免串音干擾(cross-talk)，並且遮光分隔層109還具有複數個開口，這些開口係位於分隔物之間。此外，影像感測器100還可包含另一護膜111覆蓋遮光分隔層109，並且護膜111填充在遮光分隔層109的這些開口中。
影像感測器100還包含紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，分別設置在紅色畫素100R、綠色畫素100G和藍色畫素100B中，以及紅外線濾光片115設置在紅色畫素100R、綠色畫素100G和藍色畫素100B中，紅外線濾光片115與紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B堆疊在一起，依據本揭示的一些實施例，紅外線濾光片115可以截止至少具有一特定波長的紅外光。
在一些實施例中，紅外線濾光片115可以是選擇性的紅外線濾光片(selective IR filter)，其僅截止具有特定波長的紅外光。在一些其他實施例中，紅外線濾光片115則可以是紅外線截止濾光片(IR cut-off filter)，其可以截止全部紅外線波段內之波長的紅外光。依據本揭示的實施例，紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B與紅外線濾光片115的組合可以讓具有可見光波段內之波長的紅色光、綠色光和藍色光穿透，並且截止了至少具有特定波長的紅外光，被紅外線濾光片115所截止的紅外光之特定波長將說明如後。
在第1圖的實施例中，紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B係設置在紅外線濾光片115上。另外，影像感測器100還包含圖案化緩衝層113形成在護膜111上，並且圖案化緩衝層113位於紅色畫素100R、綠色畫素100G和藍色畫素100B。圖案化緩衝層113具有開口在紅外線畫素100IR，紅外線濾光片115形成在圖案化緩衝層113上，並且紅外線濾光片115也具有開口在紅外線畫素100IR，在第1圖的實施例中，圖案化緩衝層113可以在形成紅外線濾光片115的製程 中作為蝕刻停止層。
影像感測器100還包含紅外線通過濾光片(IR pass filter)119設置在紅外線畫素100IR，紅外線通過濾光片119允許具有紅外線波段之波長的紅外光穿透，紅外線通過濾光片119係形成在護膜111上並且位於紅外線畫素100IR。此外，紅外線通過濾光片119還填充在圖案化緩衝層113、紅外線濾光片115以及紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B位於紅外線畫素100IR的開口中，並且紅外線通過濾光片119的頂部表面高於紅外線濾光片115的頂部表面。在一些實施例中，紅外線通過濾光片119的頂部表面可以與紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的頂部表面齊平。在一些其他實施例中，紅外線通過濾光片119的頂部表面則可以低於或高於紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的頂部表面。如第1圖所示，紅外線通過濾光片119還可以設置在影像感測器100的周邊區100P，在周邊區100P的紅外線通過濾光片119具有遮光效果，可以作為遮光元件。
如第1圖所示，影像感測器100還包含微透鏡結構123設置在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B以及紅外線通過濾光片119上方。此外，影像感測器100還包含雙波段通過濾光片(double band pass filter)125設置在微透鏡結構123上方，雙波段通過濾光片125可以讓具有可見光波段內之第一波長的光以及具有特定紅外線波段之第二波長的光穿透，此特定紅外線波段的第二波長將說明如後，設置在雙波段通過濾光片125下方之影像感測器100的這些元件可以稱 為影像感測器裝置單元130。
參閱第2圖，其係顯示依據一些實施例，用於物體129成像之影像感測器100的配置示意圖。如第2圖所示，影像感測器100還包含光源單元127，其係配置為發出具有特定波段之波長的紅外光128照射在物體129上。在一些實施例中，光源單元127發出的紅外光128之特定波段的波長與被第1圖所示之影像感測器100的紅外線濾光片115截止的紅外光之特定波長一致。此外，光源單元127發出的紅外光128之特定波段的波長也與雙波段通過濾光片125之特定紅外線波段的第二波長一致。在一些實施例中，光源單元127可以是在約850nm的近紅外線範圍內操作的發光二極體(light-emitting diode；LED)，因此，被紅外線濾光片115截止的紅外光之特定波長可以是約850nm。此外，雙波段通過濾光片125之特定紅外線波段的第二波長也可以是約850nm。
如第2圖所示，被物體129反射的紅外光128’會穿透過雙波段通過濾光片125到達影像感測器裝置單元130，因為雙波段通過濾光片125之特定紅外線波段的第二波長與光源單元127發出的紅外光128之特定波段的波長一致，穿透過雙波段通過濾光片125之後到達影像感測器裝置單元130的紅外光128”也具有與光源單元127發出的紅外光128之波長相同的波長。
再參閱第1圖，上述的紅外光128”可以穿透過紅外線通過濾光片119，並且被位於紅外線畫素100IR的光電二極體103接收，藉此取得紅外線信號並用於物體129之距離(深度)訊息。同時，參閱第3圖，其係顯示依據一些實施例，分別說明 影像感測器100的紅色濾光片117R、綠色濾光片117G、藍色濾光片117B、紅外線通過濾光片119、選擇性的紅外線濾光片115SIR和紅外線截止濾光片115IR-cut的各光學特性之穿透率對波長的圖式。如第3圖所示，可見光可以穿透過紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，產生在可見光波段內的紅色、綠色和藍色信號。此外，具有從700nm至1200nm的紅外線波段之波長的紅外光也可以穿透過紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，並且具有高的穿透率。因此，上述的紅外光128”也可以穿透過紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，如果紅外光128”被位於紅色、綠色和藍色畫素中的光電二極體103接收，將會導致紅色、綠色和藍色畫素中產生的紅色、綠色和藍色信號摻雜了位於紅外線波段之波長處，例如從700nm至1200nm的波長處之屬於紅外線信號的雜訊。
依據本揭示的實施例，使用紅外線濾光片115與紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B堆疊在一起，此紅外線濾光片115可以截止至少具有特定波長的紅外光，此特定波長與光源單元127發出的紅外光128的波長相同，因此，上述的紅外光128”將會被紅外線濾光片115截止，使得位於紅色、綠色和藍色畫素中的光電二極體103不會接收到紅外光，或者僅接收到很低穿透率的紅外光，如此可以避免屬於紅外線信號的雜訊在影像感測器100的紅色、綠色和藍色畫素中產生，使得影像感測器100可以收集到純粹的紅外線信號。
雖然第2圖中未繪出，來自於自然光線或另一光源 的可見光也會被物體129反射而產生反射的可見光，此反射的可見光會穿透過雙波段通過濾光片125到達影像感測器裝置單元130，並且此反射的可見光將會穿透過紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，被位於紅色、綠色和藍色畫素中的光電二極體103接收，藉此得到物體129之彩色影像資訊的紅色、綠色和藍色信號。
在此實施例中，與紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B堆疊在一起的紅外線濾光片115允許具有可見光波段之波長的光穿透，並且截止了具有紅外線波段之特定波長的光。在一些實施例中，紅外線濾光片115可以是第3圖所示之選擇性的紅外線濾光片115SIR，其僅截止具有紅外線波段之特定波長λS的光，選擇性的紅外線濾光片115SIR的此特定波長λS與光源單元127發出的紅外光128的波長，例如約850nm一致。在一些其他實施例中，紅外線濾光片115可以是第3圖所示之紅外線截止濾光片115IR-cut，其截止了具有全部紅外線波段內的波長，例如從700nm至1200nm以上之波長的光。因此，紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B與紅外線濾光片115的結合允許具有可見光波段之波長的光穿透，並且截止了至少具有特定波長λS的紅外光，使得位於紅色、綠色和藍色畫素中的光電二極體103不會產生屬於紅外線信號的雜訊，或者僅產生很低的紅外線信號之雜訊。
如第3圖所示，在一些實施例中，紅外線通過濾光片119允許具有紅外線波段之波長，例如從800nm至1200nm以上之波長的紅外光穿透，使得紅外線信號只從位於紅外線畫素 中的光電二極體103得到，因此，依據本揭示之實施例的影像感測器100可以收集到純粹的紅外線信號。
第4A圖說明分別從影像感測器位於紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素的光電二極體中所得到的紅色、綠色和藍色信號之穿透率對波長的圖式，此影像感測器在紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素不具有紅外線濾光片。如第4A圖所示，影像感測器所得到的紅色、綠色和藍色信號在紅外線波段之特定波長λS處具有高的穿透率T1，此特定波長λS與光源單元發出的紅外光之特定波段的波長一致，在紅外線波段之特定波長λS處的高穿透率T1將會被紅色、綠色和藍色畫素中的光電二極體接收，並且產生屬於紅外線信號的雜訊，上述穿透率T1的範圍可以從約95%至約15%。
第4B圖為依據本揭示的一些實施例，說明分別從影像感測器100位於紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素的光電二極體中所得到的紅色、綠色和藍色信號之穿透率對波長的圖式，在影像感測器100的紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素中具有紅外線濾光片115。如第4B圖所示，影像感測器100所得到的紅色、綠色和藍色信號在紅外線波段之特定波長λS處具有低的穿透率T2，此特定波長λS可以與第2圖所示之光源單元127發出的紅外光128之特定波段的波長一致。位於紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素的紅外線濾光片115截止了穿透過紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的紅外光，因此，紅色、綠色和藍色畫素中的光電二極體將不會接收到紅外光，或者僅接收到低穿透率T2的紅外光，如此將不會有屬於紅外線 信號的雜訊，或者僅有很低的紅外線信號之雜訊在影像感測器100之紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素的光電二極體中產生。在一些實施例中，穿透率T2的範圍可以從約0%至約2%。
參閱第5圖，其係顯示依據本揭示的一些其他實施例，背照式(BSI)影像感測器100的一部分之剖面示意圖，第5圖與第1圖的差別在於第5圖的影像感測器100之紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B是設置在紅外線濾光片115底下。此外，第5圖的影像感測器100沒有圖案化緩衝層形成在護膜111上。在第5圖的實施例中，紅外線通過濾光片119係設置在紅外線畫素100IR中，並且紅外線通過濾光片119還填充在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的開口中。在一些實施例中，如第5圖所示，紅外線通過濾光片119的頂部表面低於紅外線濾光片115的頂部表面，並且在紅外線通過濾光片119上方形成了凹陷120，而形成微透鏡結構123的材料則會填充在紅外線通過濾光片119上方的凹陷120內。在一些其他實施例中，紅外線通過濾光片119的頂部表面可以與紅外線濾光片115的頂部表面齊平，或者高於紅外線濾光片115的頂部表面，其係取決於截止紅外光所需的紅外線濾光片115的厚度。
在第5圖的實施例中，設置在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B上方的紅外線濾光片115會先截止了至少具有特定波長的紅外光，並且讓具有可見光波段之波長的光穿透。紅外線濾光片115所截止的紅外光之特定波長與第2圖所示之影像感測器100的光源單元127發出的紅外光 128的特定波段之波長一致，因此，不會有屬於紅外線信號的雜訊，或者僅有很低的紅外線信號之雜訊在影像感測器100之紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素的光電二極體103中產生，藉此影像感測器100可以從紅外線畫素100IR中的光電二極體103收集到純粹的紅外線信號而不會有雜訊產生。
第6A-6D圖顯示依據一些實施例，製造第1圖的影像感測器100之各中間階段的剖面示意圖。參閱第6A圖，提供含有多個光電二極體103形成於其中的半導體基底101，每一個光電二極體103係各自設置在紅色畫素100R、綠色畫素100G、藍色畫素100B和紅外線畫素100IR的一個畫素中。在半導體基底101的一表面上形成導線層121，並且導線層121位於光電二極體103下方，導線層121可由多個金屬層與多個介電層組成，這些金屬層和介電層可以藉由熟知的半導體積體電路之製造技術形成。
在半導體基底101的另一表面上形成高介電常數膜105，並且高介電常數膜105位於光電二極體103上方。在高介電常數膜105上形成護膜107，並且在護膜107上形成遮光分隔層109，遮光分隔層109具有複數個分隔物各自設置在影像感測器100的兩個相鄰畫素之間，藉此可避免串音干擾。此外，還形成另一護膜111覆蓋遮光分隔層109，並且護膜111填充在遮光分隔層109的開口中。
如第6A圖所示，可以藉由塗佈製程在護膜111上形成緩衝材料層112，接著，可以藉由塗佈製程在緩衝材料層112之上形成紅外線濾光材料層114，並且紅外線濾光材料層114位 於畫素陣列區100A內。
參閱第6B圖，使用緩衝材料層112作為蝕刻停止層，藉由蝕刻製程除去紅外線濾光材料層114位於紅外線畫素100IR的一部分，以形成紅外線濾光片115。然後，藉由另一蝕刻製程除去緩衝材料層112位於紅外線畫素100IR的一部分，以形成圖案化緩衝層113。如此，可在圖案化緩衝層113和紅外線濾光片115內形成開口116。如前所述，紅外線濾光片115截止了至少具有特定波長的紅外光。
參閱第6C圖，在一些實施例中，可以藉由塗佈和微影製程，在紅外線濾光片115上形成紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，並且分別位於紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素。
參閱第6D圖，在紅外線濾光片115的開口116中形成紅外線通過濾光片119，並且位於護膜111上。此外，紅外線通過濾光片119也形成在周邊區100P內的護膜111上。在一些實施例中，可藉由塗佈製程形成紅外線通過濾光片119，所形成的紅外線通過濾光片119的頂部表面可以與紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的頂部表面齊平。在一些其他實施例中，所形成的紅外線通過濾光片119的頂部表面則可以低於或高於紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的頂部表面。
接著，在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B以及紅外線通過濾光片119上方形成微透鏡結構123。然後，提供雙波段通過濾光片125設置在微透鏡結構123 上方，以完成第1圖的影像感測器100。
第7A-7D圖顯示依據一些實施例，製造第5圖的影像感測器100之各中間階段的剖面示意圖。參閱第7A圖，影像感測器100之含有多個光電二極體103形成於其中的半導體基底101、導線層121、高介電常數膜105、護膜107、遮光分隔層109以及另一護膜111可以採用與第6A圖所述之相同的方式形成，在此實施例中，於護膜111上沒有形成圖案化緩衝層。
如第7A圖所示，在護膜111上形成紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，並且分別位於紅色畫素、綠色畫素和藍色畫素中，在一些實施例中，可藉由塗佈與微影製程形成紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，並且在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B中形成位於紅外線畫素100IR的開口118。
參閱第7B圖，可藉由塗佈製程在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B上方形成紅外線濾光材料層114，並且紅外線濾光材料層114填充在位於紅外線畫素100IR的開口118中。
參閱第7C圖，可藉由蝕刻製程除去紅外線濾光材料層114位於紅外線畫素100IR的一部分，以形成紅外線濾光片115，並且在紅外線濾光片115以及紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B中形成開口131。如前所述，紅外線濾光片115截止了至少具有特定波長的紅外光。
參閱第7D圖，在護膜111上形成紅外線通過濾光片119，並且紅外線通過濾光片119填充在位於紅外線畫素100IR 之紅外線濾光片115以及紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的開口131中。此外，紅外線通過濾光片119也形成在周邊區100P的護膜111上。在一些實施例中，可藉由塗佈製程形成紅外線通過濾光片119，並且所形成的紅外線通過濾光片119的頂部表面低於紅外線濾光片115的頂部表面，藉此在紅外線通過濾光片119上方產生凹陷120。在一些其他實施例中，紅外線通過濾光片119的頂部表面也可以與紅外線濾光片115的頂部表面齊平，或者高於紅外線濾光片115的頂部表面。
接著，在紅外線濾光片115和紅外線通過濾光片119上方形成微透鏡結構123。在一些實施例中，紅外線通過濾光片119上方產生凹陷120，因此，形成微透鏡結構123的材料也會填充在凹陷120中。然後，提供雙波段通過濾光片125設置在微透鏡結構123上方，以完成第5圖的影像感測器100。
在第1圖和第5圖的實施例中，影像感測器100為背照式(BSI)影像感測器，在一些其他實施例中，本揭示的影像感器也可以是前照式(front-side illumination；FSI)影像感測器，在前照式(FSI)影像感測器中，第1圖和第5圖中的導線層121會轉變成設置在光電二極體103上方。另外，第1圖和第5圖中的高介電常數膜105、護膜107、遮光分隔層109和另一護膜111也可以省略。前照式(FSI)影像感測器的其他元件，例如圖案化緩衝層113、紅外線濾光片115、紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B、紅外線通過濾光片119、微透鏡結構123以及雙波段通過濾光片125則可以與第1圖和第5圖的背照 式(BSI)影像感測器100中的這些元件相同。
雖然本發明已揭露較佳實施例如上，然其並非用以限定本發明，在此技術領域中具有通常知識者當可瞭解，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
100‧‧‧影像感測器
100A‧‧‧畫素陣列區
100P‧‧‧周邊區
100R‧‧‧紅色畫素
100G‧‧‧綠色畫素
100B‧‧‧藍色畫素
100IR‧‧‧紅外線畫素
101‧‧‧半導體基底
103‧‧‧光電二極體
105‧‧‧高介電常數膜
107、111‧‧‧護膜
109‧‧‧遮光分隔層
113‧‧‧圖案化緩衝層
115‧‧‧紅外線濾光片
117R‧‧‧紅色濾光片
117G‧‧‧綠色濾光片
117B‧‧‧藍色濾光片
119‧‧‧紅外線通過濾光片
121‧‧‧導線層
123‧‧‧微透鏡結構
125‧‧‧雙波段通過濾光片
130‧‧‧影像感測器裝置單元

Claims (10)

  1. 一種影像感測器，包括：一紅色畫素、一綠色畫素、一藍色畫素和一紅外線畫素；一紅色濾光片、一綠色濾光片和一藍色濾光片，分別設置在該紅色畫素、該綠色畫素和該藍色畫素中；一紅外線通過濾光片，設置在該紅外線畫素中；以及一紅外線濾光片，與該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片堆疊在一起，其中該紅外線濾光片截止至少具有一特定波長的紅外光，其中該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片與該紅外線濾光片共同具有一開口，並且該紅外線通過濾光片填充在該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片與該紅外線濾光片共同具有的該開口中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，更包括一光源單元，該光源單元發出具有一特定波段之波長的紅外光照射在一物體上，其中該紅外線濾光片截止的該紅外光之該特定波長與該光源單元發出的該紅外光的該特定波段之波長一致，該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片與該紅外線濾光片的組合允許具有一可見光波段之波長的紅色光、綠色光和藍色光穿透，並且截止具有該特定波段之波長的該光源單元發出的該紅外光。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片設置在該紅外線濾光片上方，該紅外線通過濾光片的一頂部表面高於該紅外線濾 光片的一頂部表面，並且該紅外線通過濾光片的一頂部表面與該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片的一頂部表面齊平。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片設置在該紅外線濾光片底下，該紅外線通過濾光片的一頂部表面低於該紅外線濾光片的一頂部表面，並且一凹陷形成在該紅外線通過濾光片上，且該影像感測器更包括一微透鏡結構設置在該紅外線濾光片和該紅外線通過濾光片上，其中該微透鏡結構填充在該紅外線通過濾光片上方的該凹陷內。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該紅外線濾光片包括一選擇性的紅外線濾光片，該選擇性的紅外線濾光片截止具有一特定波長的紅外光；或一紅外線截止濾光片，該紅外線截止濾光片截止具有全部紅外線波段內之波長的紅外光。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，更包括：一半導體基底含有複數個光電二極體形成於其中，其中該半導體基底設置在該紅色濾光片、該綠色濾光片、該藍色濾光片、該紅外線濾光片以及該紅外線通過濾光片下方；以及一圖案化緩衝層設置在該半導體基底上方，其中該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片設置在該紅外線濾光片上，該紅外線濾光片形成在該圖案化緩衝層上，並且該圖案化緩衝層具有一開口位於該紅外線畫素。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，更包括：一光源單元，其係配置成發出具有一特定波長的紅外光照射在一物體上；一微透鏡結構，設置在該紅色濾光片、該綠色濾光片、該藍色濾光片、該紅外線濾光片和該紅外線通過濾光片上方；以及一雙波段通過濾光片，設置在該微透鏡結構上方，其中該雙波段通過濾光片允許具有一可見光波段之一第一波長的光與具有一特定紅外光波段之一第二波長的光穿透，並且該特定紅外光波段的該第二波長與該光源單元發出的該紅外光的該特定波長一致。
  8. 一種影像感測器，具有一畫素陣列區和一周邊區圍繞該畫素陣列區，包括：一紅色畫素、一綠色畫素、一藍色畫素和一紅外線畫素；一紅色濾光片、一綠色濾光片和一藍色濾光片，分別設置在該紅色畫素、該綠色畫素和該藍色畫素中；一紅外線通過濾光片，設置在該紅外線畫素中；以及一紅外線濾光片，與該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片堆疊在一起，其中該紅外線濾光片截止至少具有一特定波長的紅外光；其中該紅色濾光片、該綠色濾光片、該藍色濾光片、該紅外線濾光片以及該紅外線通過濾光片設置在該畫素陣列區，並且該紅外線通過濾光片更設置在該周邊區作為一遮光元件。
  9. 一種影像感測器的形成方法，包括：提供一半導體基底，含有複數個光電二極體形成於其中，其中每一個該光電二極體設置在該影像感測器的一紅色畫素、一綠色畫素、一藍色畫素以及一紅外線畫素的其中一個畫素中；形成一紅外線濾光材料層在該半導體基底之上；除去該紅外線濾光材料層位於該紅外線畫素的一部分，形成一紅外線濾光片，其中該紅外線濾光片截止至少具有一特定波長的紅外光，並且該紅外線濾光片具有一開口位於該紅外線畫素；形成一紅色濾光片、一綠色濾光片和一藍色濾光片，分別位於該紅色畫素、該綠色畫素和該藍色畫素中；以及形成一紅外線通過濾光片在該紅外線濾光片位於該紅外線畫素的該開口內。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之影像感測器的形成方法，更包括：形成一緩衝材料層在該半導體基底之上；以及除去該緩衝材料層位於該紅外線畫素的一部分，形成一圖案化緩衝層。
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