TWI595784B - 影像感測器 - Google Patents
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Description
本發明係有關於影像感測器，特別有關於具有隔離分隔物在濾光片陣列中的影像感測器。
近年來，影像感測器已經廣泛地在各種影像拍攝設備中使用，例如攝影機、數位相機等設備。影像感測器例如為電荷耦合元件(charge coupled device；CCD)影像感測器，或互補式金屬氧化半導體(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)影像感測器，兩者皆具有將入射光線轉換成電性信號的光電轉換器。影像感測器具有畫素陣列(pixel array)，且每個畫素中具有一個光電轉換器。另外，影像感測器還具有邏輯電路，用於傳輸或處理這些電性信號。
此外，影像感測器通常具有彩色濾光層，用於產生彩色影像。彩色濾光層可含有紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)區塊的三原色彩色濾光片，其堆疊在以二維方向排列的光電轉換器之光接收面上方，彩色濾光層具有預定的圖案模式之排列，使得每一個彩色區塊各自對應至一個光電轉換器。
在一些例子中，紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)區塊連接在一起，形成連接的彩色濾光層，而分別對應至連接的彩色濾光層之紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)區塊的影像感測器之畫素則具有不同的量子效率(quantum efficiencies，QE)。在一些
其他例子中，於紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)區塊之間設置網格結構，形成不連續的彩色濾光層，而分別對應至不連續的彩色濾光層之紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)區塊的影像感測器之畫素也具有不同的量子效率(QE)。
影像感測器的品質通常由許多特性來表示，例如
動態範圍(dynamic range)、靈敏度(sensitivity)、回應度(responsiveness)、均勻性(uniformity)等。當使用影像感測器在高照明強度與低照明強度之間轉換的情況下捕捉物體的影像時，動態範圍這個特性顯得特別重要，針對高度動態範圍的應用，需要提高影像感測器的畫素之量子效率(QE)。
依據本揭示的實施例，影像感測器具有隔離分隔物設置在濾光片陣列中，以圍繞濾光片陣列中的至少一個種類的濾光片元件，藉此提高對應於被隔離分隔物圍繞的該種類濾光片元件之影像感測器的畫素之量子效率(QE)。因此，本揭示的影像感測器可適用於高度動態範圍的應用。
在一些實施例中，提供影像感測器。影像感測器包含半導體基底，含有複數個光電轉換元件。影像感測器也包含彩色濾光片陣列設置於半導體基底上，彩色濾光片陣列包含第一彩色濾光片、第二彩色濾光片和第三彩色濾光片。影像感測器還包含隔離分隔物設置在彩色濾光片陣列中，圍繞第一、第二和第三彩色濾光片的其中之一，且隔離分隔物的折射率低於第一、第二和第三彩色濾光片的折射率。
在一些其他實施例中，提供影像感測器。影像感
測器包含半導體基底，含有複數個光電轉換元件。影像感測器也包含濾光片陣列設置於半導體基底上，濾光片陣列包含第一彩色濾光片、第二彩色濾光片、第三彩色濾光片和紅外線濾光片。影像感測器還包含隔離分隔物設置在濾光片陣列中，圍繞第一、第二、第三彩色濾光片和紅外線濾光片的其中之一，且隔離分隔物的折射率低於第一、第二和第三彩色濾光片的折射率，也低於紅外線濾光片的折射率。
100‧‧‧影像感測器
100A‧‧‧主動區
100P‧‧‧周邊區
101‧‧‧半導體基底
103‧‧‧光電轉換元件
105‧‧‧高介電常數膜
107‧‧‧緩衝層
109‧‧‧遮光層
109P‧‧‧遮光分隔物
111‧‧‧護層
113-1‧‧‧紅色(R)濾光片
113-2、113-4‧‧‧綠色(G1、G2)濾光片
113-3‧‧‧藍色(B)濾光片
113-5‧‧‧紅外線(IR)濾光片
115‧‧‧隔離分隔物
115’‧‧‧額外的隔離分隔物
115P‧‧‧延伸部
117‧‧‧微透鏡結構
117ML‧‧‧微透鏡元件
120‧‧‧彩色濾光片陣列
120U、130U‧‧‧重複單元
130‧‧‧濾光片陣列
A、B、C‧‧‧間距
P-R‧‧‧紅色(R)畫素
P-G1、P-G2‧‧‧綠色(G1、G2)畫素
P-B‧‧‧藍色(B)畫素
P-IR‧‧‧紅外線(IR)畫素
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1A圖顯示依據本揭示的一些實施例，影像感測器之彩色濾光片陣列的局部平面示意圖；第1B圖顯示依據本揭示的一些實施例，沿著第1A圖的線1-1’，影像感測器的局部剖面示意圖；第1C圖顯示依據本揭示的一些實施例，第1A-1B圖所示之影像感測器的R、G1、G2、B畫素之量子效率(QE)對波長的曲線圖，以及針對R畫素的比較曲線；第2A圖顯示依據本揭示的一些實施例，影像感測器之彩色濾光片陣列的局部平面示意圖；第2B圖顯示依據本揭示的一些實施例，沿著第2A圖的線2-2’，影像感測器的局部剖面示意圖；第2C圖顯示依據本揭示的一些實施例，第2A-2B圖所示之影像感測器的R、G1、G2、B畫素之量子效率(QE)對波長的曲
線圖，以及針對B畫素的比較曲線；第3A圖顯示依據本揭示的一些實施例，影像感測器之彩色濾光片陣列的局部平面示意圖；第3B圖顯示依據本揭示的一些實施例，沿著第3A圖的線3-3’，影像感測器的局部剖面示意圖；第3C圖顯示依據本揭示的一些實施例，第3A-3B圖所示之影像感測器的R、G1、G2、B畫素之量子效率(QE)對波長的曲線圖，以及針對G1畫素的比較曲線；第4A-4E圖顯示依據本揭示的一些實施例，影像感測器之濾光片陣列的重複單元之各種圖案模式的局部平面示意圖；第5A-5E圖顯示依據本揭示的一些其他實施例，影像感測器之濾光片陣列的重複單元之各種圖案模式的局部平面示意圖；第6圖顯示不具有分隔物設置在濾光片陣列中的影像感測器的R、G1、B、IR畫素之量子效率(QE)對波長的曲線圖；第7圖顯示依據本揭示的一些實施例，沿著第4C圖的線7-7’，影像感測器的局部剖面示意圖；第8圖顯示依據本揭示的一些實施例，沿著第4D圖的線8-8’，影像感測器的局部剖面示意圖；及第9-11圖顯示依據本揭示的一些其他實施例，影像感測器的局部剖面示意圖。
以下描述為實施本揭示的詳細方式，此描述內容是為了說明本揭示的基本概念，而非用於限定本揭示的範圍，
本揭示的保護範圍當以所附申請專利範圍為準。
參閱第1A圖，其顯示依據一些實施例，影像感測器的彩色濾光片陣列120的局部平面示意圖。在一些實施例中，彩色濾光片陣列120係以一個紅色(R)濾光片113-1、兩個綠色(G1、G2)濾光片113-2、113-4和一個藍色(B)濾光片113-3安排在彩色濾光片陣列120的重複單元120U中的方式配置。在一些實施例中，隔離分隔物(isolated partition)115設置在彩色濾光片陣列120中，以圍繞重複單元120U中的紅色濾光片113-1，而藍色濾光片113-3則與兩個綠色濾光片113-2和113-4接觸。如第1A圖所示，從上視角度觀之，在彩色濾光片陣列120中的隔離分隔物115是不互相連接的。
第1B圖顯示依據一些實施例，沿著第1A圖的線1-1’，影像感測器100的局部剖面示意圖。在一些實施例中，影像感測器100為互補式金屬氧化半導體(CMOS)影像感測器(簡稱CIS)。影像感測器100包含半導體基底101，例如為矽晶圓或晶片，半導體基底101含有複數個光電轉換元件103，例如光電二極體。影像感測器100具有許多畫素排列成畫素陣列，每一個光電轉換元件103各自設置在一個畫素中。此外，這些光電轉換元件103是互相隔離的。雖然第1B圖顯示三個畫素，實際上影像感測器100具有數百萬或更多畫素。影像感測器100的畫素都具有相同面積和相同的間距(pitch)，例如，第1B圖所示之紅色(R)畫素P-R、綠色(G1)畫素P-G1和藍色(B)畫素P-B都具有相同的面積，並且R畫素P-R、G1畫素P-G1、B畫素P-B的間距A、B和C是相等的。
半導體基底101的背面通常具有光電轉換元件103形成於其上，半導體基底101的正面通常具有導線層(第1B圖中未繪出)形成於其上，導線層具有影像感測器100所需的各種導線和電路。在一些實施例中，影像感測器100為背照式(backside illumination，BSI)影像感測器。在背照式(BSI)影像感測器中，具有光電轉換元件103形成於其上之半導體基底101的背面靠近影像感測器100的光接收面，而具有導線層形成於其上之半導體基底101的正面則遠離影像感測器100的光接收面。
在一些其他實施例中，影像感測器100為前照式(front-side illumination，FSI)影像感測器。在前照式(FSI)影像感測器中，具有導線層形成於其上之半導體基底101的正面靠近影像感測器100的光接收面，而具有光電轉換元件103形成於其上之半導體基底101的背面則遠離影像感測器100的光接收面。
如第1B圖所示，在一些實施例中，影像感測器100更包含高介電常數(high-k)膜105形成於半導體基底101上，且覆蓋光電轉換元件103。高介電常數膜105可採用沈積製程，由氧化鉿(HfO2)、氧化鉿鉭(HfTaO)、氧化鉿鈦(HfTiO)、氧化鉿鋯(HfZrO)、五氧化鉭(Ta2O5)或其他合適的高介電常數之介電材料形成，並且高介電常數膜105具有高折射率和光吸收能力。在一些實施例中，影像感測器100還包含緩衝層107形成在高介電常數膜105上。緩衝層107可採用沈積製程，由氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其他合適的絕緣材料形成。
在一些實施例中，影像感測器100包含遮光層109
形成在緩衝層107上，且位於彩色濾光片陣列120下方。遮光層109包含複數個遮光分隔物109P，設置在影像感測器100的畫素之間。從上視角度觀之，遮光分隔物109P組成網格(grid)結構。
在一些實施例中，遮光層109由金屬製成，且遮光分隔物109P可稱為金屬網格(metal grid)。
在一些實施例中，影像感測器100更包含護層(passivation layer)111形成在緩衝層107上。護層111也覆蓋遮光層109，且具有平坦頂面。護層111可採用沈積製程，由氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其他合適的絕緣材料形成。
在一些實施例中，第1A圖所示之彩色濾光片陣列120形成在護層111的平坦頂面上。彩色濾光片陣列120包含顏色不同的第一彩色濾光片、第二彩色濾光片和第三彩色濾光片，設置在半導體基底101之上。例如，第一、第二和第三彩色濾光片分別為紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1或G2)濾光片113-2或113-4、和藍色(B)濾光片113-3，第1A圖所示之綠色(G1、G2)濾光片113-2和113-4為相同顏色，符號G1、G2是用於標示不同位置的綠色濾光片113-2和113-4。如第1B圖所示，彩色濾光片陣列120的每個彩色濾光片係各自設置在影像感測器100的一個畫素中。
如第1A和1B圖所示，在一些實施例中，隔離分隔物115係設置在彩色濾光片陣列120中，以圍繞紅色濾光片113-1。隔離分隔物115的折射率低於彩色濾光片陣列120之紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1、G2)濾光片113-2和113-4及藍色(B)濾光片113-3的折射率。在一些實施例中，隔離分隔物115
由氧化矽製成，其具有約1.3至約1.4的折射率；紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1、G2)濾光片113-2和113-4及藍色(B)濾光片113-3則具有約1.6至約1.9的折射率，但不限於此。
第1C圖顯示依據一些實施例，第1A-1B圖所示之影像感測器100的紅色(R)、綠色(G1、G2)、藍色(B)畫素之量子效率(QE)對波長的曲線R、G1、G2、B。此外，第1C圖也顯示針對R畫素的比較曲線R0，比較曲線R0是由不具有隔離分隔物圍繞紅色濾光片之影像感測器的R畫素所得到。曲線R是由影像感測器100的R畫素所得到，影像感測器100具有隔離分隔物115圍繞紅色(R)濾光片113-1。如第1C圖所示，曲線R的量子效率(QE)高於比較曲線R0的量子效率(QE)，這表示採用隔離分隔物115圍繞紅色(R)濾光片113-1，可以提高影像感測器100的R畫素的量子效率(QE)。隔離分隔物115的折射率低於紅色(R)濾光片113-1的折射率，如此可以在隔離分隔物115與紅色(R)濾光片113-1之間的界面上建構全反射結構。因此，依據一些實施例，可調整影像感測器100的R畫素之量子效率(QE)波峰值，使其符合高度動態範圍的應用，例如應用於監視設備。
另外，如第1B圖所示，形成隔離分隔物115的材料也形成在影像感測器100的周邊區100P的護層111上，成為延伸部115P。影像感測器100的周邊區100P係圍繞影像感測器100的主動區100A，主動區100A具有光電轉換元件103設置在其中。在一些實施例中，隔離分隔物115和延伸部115P與紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1、G2)濾光片113-2和113-4及藍色(B)濾光片113-3的表面齊平。
此外，如第1A和1B圖所示，一個隔離分隔物115完全設置在一個畫素中，因此，一個隔離分隔物115和被隔離分隔物115圍繞的一個彩色濾光片之面積總和等於其他未被隔離分隔物115圍繞的彩色濾光片之單一個彩色濾光片的面積。
例如，一個隔離分隔物115和一個紅色(R)濾光片113-1的面積總和等於一個綠色(G1或G2)濾光片113-2或113-4的面積，或等於一個藍色(B)濾光片113-3的面積。
參閱第1B圖，影像感測器100更包含微透鏡結構117設置在彩色濾光片陣列120上方。微透鏡結構117包含複數個微透鏡元件117ML，每個微透鏡元件117ML各自對應至彩色濾光片陣列120的一個彩色濾光片。
第2A圖顯示依據一些實施例，影像感測器的彩色濾光片陣列120的局部平面示意圖。第2B圖為依據一些實施例，沿著第2A圖的線2-2’，影像感測器100的局部剖面示意圖。
在第2A-2B圖的實施例中，隔離分隔物115設置在彩色濾光片陣列120中，以圍繞重複單元120U中的藍色(B)濾光片113-3，而紅色(R)濾光片113-1則與兩個綠色(G1、G2)濾光片113-2和113-4接觸。如第2A圖所示，從上視角度觀之，在彩色濾光片陣列120中的隔離分隔物115是不互相連接的。在第2B圖的實施例中所示之影像感測器100的其他元件可以與第1B圖相同。
第2C圖顯示依據一些實施例，第2A-2B圖所示之影像感測器100的R、G1、G2、B畫素之量子效率(QE)對波長的曲線R、G1、G2、B。此外，第2C圖也顯示針對B畫素的比較曲線B0，比較曲線B0是由不具有隔離分隔物圍繞藍色濾光片之影
像感測器的B畫素所得到。曲線B是由影像感測器100的B畫素所得到，影像感測器100具有隔離分隔物115圍繞藍色(B)濾光片113-3。如第2C圖所示，曲線B的量子效率(QE)高於比較曲線B0的量子效率(QE)，這表示採用隔離分隔物115圍繞藍色(B)濾光片113-3可以提高影像感測器100的B畫素之量子效率(QE)。隔離分隔物115的折射率低於藍色(B)濾光片113-3的折射率，如此可以在隔離分隔物115與藍色(B)濾光片113-3之間的界面上建構全反射結構。因此，依據一些實施例，可調整影像感測器100的B畫素之量子效率(QE)波峰值，使其符合高度動態範圍的應用。
第3A圖顯示依據一些實施例，影像感測器的彩色濾光片陣列120的局部平面示意圖。第3B圖為依據一些實施例，沿著第3A圖的線3-3’，影像感測器100的局部剖面示意圖。
在第3A-3B圖的實施例中，隔離分隔物115設置在彩色濾光片陣列120中，以圍繞兩個綠色(G1、G2)濾光片113-2和113-4的其中一個，例如，隔離分隔物115圍繞重複單元120U中的綠色(G1)濾光片113-2，而其他綠色(G2)濾光片113-4則與紅色(R)濾光片113-1和藍色(B)濾光片113-3接觸。如第3A圖所示，從上視角度觀之，在彩色濾光片陣列120中的隔離分隔物115是不互相連接的。在第3B圖的實施例中所示之影像感測器100的其他元件可以與第1B圖相同。
第3C圖顯示依據一些實施例，第3A-3B圖所示之影像感測器100的R、G1、G2、B畫素之量子效率(QE)對波長的曲線R、G1、G2、B。此外，第3C圖也顯示針對G1畫素的比較曲
線G10，比較曲線G10是由不具有隔離分隔物圍繞綠色(G1)濾光片之影像感測器的G1畫素所得到。曲線G1是由影像感測器100的G1畫素所得到，影像感測器100具有隔離分隔物115圍繞綠色(G1)濾光片113-2。如第3C圖所示，曲線G1的量子效率(QE)高於比較曲線G10的量子效率(QE)，這表示採用隔離分隔物115圍繞綠色(G1)濾光片113-2可以提高影像感測器100的G1畫素之量子效率(QE)。隔離分隔物115的折射率低於綠色(G1)濾光片113-2的折射率，如此可以在隔離分隔物115與綠色(G1)濾光片113-2之間的界面上建構全反射結構。因此，依據一些實施例，可調整影像感測器100的G1畫素之量子效率(QE)波峰值，使其符合高度動態範圍的應用。
在一些實施例中，彩色濾光片陣列120的紅色、綠色和藍色濾光片可以採用與第1A、2A和3A圖不同的方式排列成各種圖案模式。在一些其他實施例中，彩色濾光片陣列120還可以包含白色(W)濾光片(未繪出)，紅色、綠色、藍色和白色濾光片可以排列成各種圖案模式。此外，隔離分隔物係圍繞彩色濾光片陣列中的一種濾光片。
第4A-4E圖顯示依據一些實施例，影像感測器之濾光片陣列130的重複單元130U之各種局部平面示意圖。濾光片陣列130包含顏色不同的第一彩色濾光片、第二彩色濾光片和第三彩色濾光片，而且還包含紅外線(IR)濾光片。在一些實施例中，濾光片陣列130係以八個綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4、四個紅外線(IR)濾光片113-5、兩個紅色(R)濾光片113-1及兩個藍色(B)濾光片113-3安排在濾光片陣列130的重複單元
130U中的方式配置。如第4A圖所示，在一些實施例中，兩個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞兩個紅色(R)濾光片113-1，而綠色(G1或G2)濾光片113-2或113-4則與藍色(B)濾光片113-3和紅外線(IR)濾光片113-5接觸。
如第4B圖所示，在一些實施例中，兩個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞兩個藍色(B)濾光片113-3，而綠色(G1或G2)濾光片113-2或113-4則與紅色(R)濾光片113-1和紅外線(IR)濾光片113-5接觸。
如第4C圖所示，在一些實施例中，四個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞四個紅外線(IR)濾光片113-5，而綠色(G1或G2)濾光片113-2或113-4則與紅色(R)濾光片113-1和藍色(B)濾光片113-3接觸。
如第4D圖所示，在一些實施例中，兩個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞兩個紅色(R)濾光片113-1。此外，還有兩個額外的隔離分隔物115’設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞兩個藍色(B)濾光片113-3，而紅外線(IR)濾光片113-5則與綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4接觸。
如第4E圖所示，在一些實施例中，四個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞四個綠色(G1)濾光片113-2。在一些其他實施例中，四個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞四個綠色(G2)濾光片113-4。
如第4A-4E圖所示，從上視角度觀之，在濾光片陣
列130中，隔離分隔物115或者隔離分隔物115再加上額外的隔離分隔物115’都是不互相連接的。
此外，第4A-4E圖的隔離分隔物115和額外的隔離分隔物115’是由相同材料製成，並且具有相同的折射率。隔離分隔物115和額外的隔離分隔物115’的折射率低於紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4及藍色(B)濾光片113-3的折射率，也低於紅外線(IR)濾光片113-5的折射率。因此，對於包含如第4A圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U的影像感測器而言，可以提高影像感測器的R畫素之量子效率(QE)。對於包含如第4B圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U的影像感測器而言，可以提高影像感測器的B畫素之量子效率(QE)。對於包含如第4C圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U的影像感測器而言，可以提高影像感測器的紅外線(IR)畫素之量子效率(QE)。對於包含如第4D圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U的影像感測器而言，可以同時提高影像感測器的R畫素之量子效率(QE)和B畫素之量子效率(QE)。對於包含如第4E圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U的影像感測器而言，可以提高影像感測器的G1畫素之量子效率(QE)。
第5A-5E圖顯示依據一些實施例，影像感測器之濾光片陣列130的重複單元130U之各種局部平面示意圖。濾光片陣列130包含顏色不同的第一彩色濾光片、第二彩色濾光片和第三彩色濾光片，而且還包含紅外線(IR)濾光片。在一些實施例中，濾光片陣列130係以八個綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4、四個藍色(B)濾光片113-3、兩個紅色(R)濾光片113-1及
兩個紅外線(IR)濾光片113-5安排在濾光片陣列130的重複單元130U中的方式配置。如第5A圖所示，在一些實施例中，兩個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞兩個紅色(R)濾光片113-1，而綠色(G1或G2)濾光片113-2或113-4則與藍色(B)濾光片113-3和紅外線(IR)濾光片113-5接觸。
如第5B圖所示，在一些實施例中，四個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞四個藍色(B)濾光片113-3，而綠色(G1或G2)濾光片113-2或113-4則與紅色(R)濾光片113-1和紅外線(IR)濾光片113-5接觸。
如第5C圖所示，在一些實施例中，兩個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞兩個紅外線(IR)濾光片113-5，而綠色(G1或G2)濾光片113-2或113-4則與紅色(R)濾光片113-1和藍色(B)濾光片113-3接觸。
如第5D圖所示，在一些實施例中，兩個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞兩個紅色(R)濾光片113-1。此外，還有四個額外的隔離分隔物115’設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞四個藍色(B)濾光片113-3，而紅外線(IR)濾光片113-5則與綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4接觸。
如第5E圖所示，在一些實施例中，四個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞四個綠色(G1)濾光片113-2。在一些其他實施例中，四個隔離分隔物115設置在濾光片陣列130的重複單元130U中，以圍繞四個綠色(G2)濾光片113-4。
如第5A-5E圖所示，從上視角度觀之，在濾光片陣列130中，隔離分隔物115或者隔離分隔物115再加上額外的隔離分隔物115’都不會構成網格結構。
此外，第5A-5E圖的隔離分隔物115和額外的隔離分隔物115’是由相同材料製成，並且具有相同的折射率。隔離分隔物115和額外的隔離分隔物115’的折射率低於紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4及藍色(B)濾光片113-3的折射率，也低於紅外線(IR)濾光片113-5的折射率。因此，對於包含如第5A圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U的影像感測器而言，可以提高影像感測器的R畫素之量子效率(QE)。對於包含如第5B圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U的影像感測器而言，可以提高影像感測器的B畫素之量子效率(QE)。對於包含如第5C圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U的影像感測器而言，可以提高影像感測器的IR畫素之量子效率(QE)。對於包含如第5D圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U的影像感測器而言，可以同時提高影像感測器的R畫素之量子效率(QE)和B畫素之量子效率(QE)。對於包含如第5E圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U的影像感測器而言，可以提高影像感測器的G1畫素之量子效率(QE)。
第6圖顯示不具有分隔物設置在濾光片陣列中的影像感測器的R、G、B、IR畫素之量子效率(QE)對波長的曲線R、G、B、IR。在一些實施例中，相較於第6圖所示之曲線R、G、B、IR的量子效率(QE)波峰值，包含如第4A-4C和4E圖及第5A-5C和5E圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U之影像感
測器，其分別提高了這些曲線R、G、B、IR的量子效率(QE)波峰值。在一些其他實施例中，相較於第6圖所示之曲線R和B的量子效率(QE)波峰值，包含如第4D圖及第5D圖所示之濾光片陣列130的重複單元130U之影像感測器，其提高了曲線R和B的量子效率(QE)波峰值。
第7圖顯示依據一些實施例，沿著第4C圖的線7-7’，影像感測器100的局部剖面示意圖。在一些實施例中，隔離分隔物115設置在濾光片陣列130中，以圍繞紅外線(IR)濾光片113-5。如第4C圖和第7圖所示，每一個隔離分隔物115完全設置在一個紅外線(IR)畫素P-IR中，因此，一個隔離分隔物115和一個紅外線(IR)濾光片113-5的面積總和等於其他未被隔離分隔物115圍繞的單一個彩色濾光片，例如紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1或G2)濾光片113-2或113-4、或者藍色(B)濾光片113-3的面積。第7圖所示之影像感測器100的元件，除了濾光片陣列130以外，其他部分可以與第1B圖的影像感測器100的元件相同。
第8圖顯示依據一些實施例，沿著第4D圖的線8-8’，影像感測器100的局部剖面示意圖。在一些實施例中，隔離分隔物115設置在濾光片陣列130中，以圍繞紅色(R)濾光片113-1。此外，還有額外的隔離分隔物115’設置在濾光片陣列130中，以圍繞藍色(B)濾光片113-3。每一個隔離分隔物115完全設置在一個R畫素P-R中，並且每一個額外的隔離分隔物115’完全設置在一個B畫素P-B中。因此，一個隔離分隔物115和一個紅色(R)濾光片113-1的面積總和、一個額外的隔離分隔物115’和
一個藍色(B)濾光片113-3的面積總和、其他未被隔離分隔物115和額外的隔離分隔物115’圍繞的單一個彩色濾光片，例如紅外線(IR)濾光片113-5、或者綠色(G1或G2)濾光片113-2或113-4的面積都是相等的。第8圖所示之影像感測器100的元件，除了濾光片陣列130以外，其他部分可以與第1B圖的影像感測器100的元件相同。
參閱第9圖，其顯示依據一些其他實施例，影像感測器100的局部剖面示意圖。在一些實施例中，隔離分隔物115的材料與微透鏡結構117的材料相同。在這些實施例中，形成紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4、及藍色(B)濾光片113-3在護層111上之後，在R畫素P-R中形成空隙圍繞紅色(R)濾光片113-1。之後，微透鏡結構117的材料填充在R畫素P-R中的空隙內，形成隔離分隔物115圍繞紅色(R)濾光片113-1。此外，微透鏡結構117的材料也形成在位於影像感測器100的周邊區100P的護層111上，成為延伸部115P。第9圖所示之影像感測器100的元件，除了隔離分隔物115的材料和延伸部115P以外，其餘部分可以與第1B圖的影像感測器100的元件相同。在此實施例中，隔離分隔物115的折射率高於氧化矽的折射率，且低於紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4及藍色(B)濾光片113-3的折射率。例如，氧化矽的折射率在約1.3至約1.4，而第9圖所示之隔離分隔物115的折射率則高於約1.4至約1.5。
參閱第10圖，其顯示依據一些其他實施例，影像感測器100的局部剖面示意圖。在一些實施例中，影像感測器
100具有遮光層109形成在緩衝層107上。遮光層109包含複數個遮光分隔物109P，設置在影像感測器100的畫素之間。從上視角度觀之，遮光分隔物109P組成網格結構。紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4及藍色(B)濾光片113-3的每一個各自填充在遮光分隔物109P之間的空間內，且設置在緩衝層107上。在一些實施例中，遮光分隔物109P具有網格形狀，並且設置在第1A、2A和3A圖所示之紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4、及藍色(B)濾光片113-3之間。因此，遮光層109和彩色濾光片陣列120都設置在緩衝層107的頂面上。在一些其他實施例中，遮光分隔物109P具有網格形狀，並且設置在第4A-4E圖和第5A-5E圖所示之紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4、藍色(B)濾光片113-3及紅外線(IR)濾光片113-5之間。因此，遮光層109和濾光片陣列130都設置在緩衝層107的頂面上。
如第10圖所示，遮光層109的頂端低於彩色濾光片陣列120的頂端。在一些實施例中，隔離分隔物115由與微透鏡結構117相同的材料製成，並且設置在遮光層109上，圍繞紅色(R)濾光片113-1。此外，微透鏡結構117的材料也形成在位於影像感測器100的周邊區100P的遮光層109上，成為延伸部115P。
參閱第11圖，其顯示依據一些其他實施例，影像感測器100的局部剖面示意圖。在一些實施例中，隔離分隔物115是由低折射率材料製成，此低折射率材料的折射率低於氧化矽的折射率。例如，氧化矽的折射率在約1.3至約1.4，而隔離分隔物115的折射率則在約1.2至低於1.3。此低折射率材料填
充在遮光層109上方的空間內，以圍繞紅色(R)濾光片113-1，並且形成隔離分隔物115。此外，微透鏡結構117的材料還形成在位於影像感測器100的周邊區100P的遮光層109上，成為延伸部115P。第11圖所示之影像感測器100的元件，除了隔離分隔物115的材料以外，其餘部分可以與第10圖的影像感測器100的元件相同。
在一些其他實施例中，第9-11圖所示之彩色濾光片陣列120可以用第4A-4E圖和第5A-5E圖所示之濾光片陣列130取代。隔離分隔物115和額外的隔離分隔物115’可以採用與微透鏡結構117相同的材料製成，或者由低折射率材料製成，此低折射率材料的折射率低於氧化矽的折射率。此外，形成隔離分隔物115和額外的隔離分隔物115’的材料可填充在遮光層109上方的空間內，以圍繞紅色(R)濾光片113-1、綠色(G1和G2)濾光片113-2和113-4、藍色(B)濾光片113-3及紅外線(IR)濾光片113-5中的一種或兩種濾光片。
依據本揭示的一些實施例，隔離分隔物係設置在彩色濾光片陣列中或濾光片陣列中，以圍繞彩色濾光片陣列或濾光片陣列中的一種濾光片元件。在一些實施例中，彩色濾光片陣列包含第一、第二和第三彩色濾光片，例如紅色、綠色和藍色濾光片，這些濾光片可採用各種圖案模式排列。因此，隔離分隔物設置彩色濾光片陣列中，以圍繞紅色、綠色或藍色濾光片。在一些實施例中，濾光片陣列包含第一、第二和第三彩色濾光片，以及紅外線(IR)濾光片，例如紅色、綠色和藍色濾光片及紅外線(IR)濾光片，這些濾光片可採用各種圖案模式排
列。因此，隔離分隔物設置濾光片陣列中，以圍繞紅色、綠色或藍色濾光片，或者紅外線(IR)濾光片。
在本揭示的實施例中，從上視角度觀之，在彩色濾光片陣列或濾光片陣列中的隔離分隔物不會構成網格結構。因此，在彩色濾光片陣列或濾光片陣列中的隔離分隔物之形狀不是網格。此外，影像感測器具有許多畫素排列成畫素陣列，每一個隔離分隔物各自地設置在影像感測器的一個畫素中，且不會延伸至相鄰的畫素中。另外，影像感測器的每個畫素具有相同的面積，因此，一個隔離分隔物和被此隔離分隔物圍繞的一個濾光片元件的面積總和等於其他未被隔離分隔物圍繞的濾光片元件之單一個濾光片元件的面積。
在本揭示的實施例中，隔離分隔物的折射率低於彩色濾光片陣列和濾光片陣列之全部濾光片元件的折射率，因此，可以提高影像感測器中對應至被隔離分隔物圍繞的那一種濾光片元件的畫素之量子效率(QE)。因此，依據本揭示的實施例，設置在彩色濾光片陣列或濾光片陣列中的隔離分隔物，可以調整並提高影像感測器中特定種類的畫素之量子效率(QE)，使得影像感測器可以符合高度動態範圍的應用，並滿足客製化的要求。此外，本揭示的影像感測器可適用於BSI和FSI影像感測器。
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‧‧‧主動區
100P‧‧‧周邊區
101‧‧‧半導體基底
103‧‧‧光電轉換元件
105‧‧‧高介電常數膜
107‧‧‧緩衝層
109‧‧‧遮光層
109P‧‧‧遮光分隔物
111‧‧‧護層
113-1‧‧‧紅色(R)濾光片
113-2‧‧‧綠色(G1)濾光片
113-3‧‧‧藍色(B)濾光片
115‧‧‧隔離分隔物
115P‧‧‧延伸部
117‧‧‧微透鏡結構
117ML‧‧‧微透鏡元件
120‧‧‧彩色濾光片陣列
A、B、C‧‧‧間距
P-R‧‧‧紅色(R)畫素
P-G1‧‧‧綠色(G1)畫素
P-B‧‧‧藍色(B)畫素
Claims (10)
- 一種影像感測器，包括：一半導體基底，含有複數個光電轉換元件；一彩色濾光片陣列，包含一第一彩色濾光片、一第二彩色濾光片和一第三彩色濾光片，設置於該半導體基底上；以及一隔離分隔物，設置在該彩色濾光片陣列中，圍繞該第一、該第二和該第三彩色濾光片的其中之一，其中該隔離分隔物具有一折射率低於該第一、該第二和該第三彩色濾光片的折射率，且該隔離分隔物和被該隔離分隔物圍繞的一個該彩色濾光片的面積總和等於未被該隔離分隔物圍繞的其他該些彩色濾光片的一個彩色濾光片的面積。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該彩色濾光片陣列係以該彩色濾光片陣列的一重複單元內具有一個紅色彩色濾光片、兩個綠色彩色濾光片和一個藍色彩色濾光片的方式排列，且其中該隔離分隔物圍繞該紅色彩色濾光片，該藍色彩色濾光片與該綠色彩色濾光片接觸；或該隔離分隔物圍繞該藍色彩色濾光片，該紅色彩色濾光片與該綠色彩色濾光片接觸；或該隔離分隔物圍繞該兩個綠色彩色濾光片中的一個，另一個該綠色彩色濾光片與該紅色和該藍色彩色濾光片接觸。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該隔離分隔物的材料包含氧化矽或一具有一折射率低於氧化矽的折射率之材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，更包括一微透鏡結構設置於該彩色濾光片陣列上方，其中該隔離分隔物的材料與該微透鏡結構的材料相同。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，更包括：一微透鏡結構，設置於該彩色濾光片陣列上方；一遮光層，設置於該彩色濾光片陣列下方；一高介電常數膜，設置於該半導體基底上；一緩衝層，設置於該高介電常數膜上；以及一護層，設置於該緩衝層上且覆蓋該遮光層。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，更包括：一微透鏡結構，設置於該彩色濾光片陣列上方；一高介電常數膜，設置於該半導體基底上；一緩衝層，設置於該高介電常數膜上；以及一遮光層與該彩色濾光片陣列設置於該緩衝層的一頂面上，其中該遮光層具有一網格形狀，且設置在該第一、該第二和該第三彩色濾光片之間，該遮光層的頂端低於該彩色濾光片陣列的頂端，且該隔離分隔物設置在該遮光層上。
- 一種影像感測器，包括：一半導體基底，含有複數個光電轉換元件；一濾光片陣列，包含一第一彩色濾光片、一第二彩色濾光片、一第三彩色濾光片和一紅外線濾光片，設置於該半導體基底上；以及一隔離分隔物，設置在該濾光片陣列中，圍繞該第一、該 第二、該第三彩色濾光片和該紅外線濾光片的其中之一，其中該隔離分隔物具有一折射率低於該第一、該第二和該第三彩色濾光片的折射率，且低於該紅外線濾光片的折射率，並且該隔離分隔物和被該隔離分隔物圍繞的一個該彩色濾光片的面積總和等於未被該隔離分隔物圍繞的其他該些彩色濾光片的一個彩色濾光片的面積。
- 如申請專利範圍第7項所述之影像感測器，其中該濾光片陣列包含一紅色彩色濾光片、一綠色彩色濾光片、一藍色彩色濾光片和該紅外線濾光片，且其中該隔離分隔物圍繞該紅色彩色濾光片，該綠色彩色濾光片與該藍色彩色濾光片和該紅外線濾光片接觸；或該隔離分隔物圍繞該藍色彩色濾光片，該綠色彩色濾光片與該紅色彩色濾光片和該紅外線濾光片接觸；或該隔離分隔物圍繞該紅外線濾光片，該綠色彩色濾光片與該紅色和該藍色彩色濾光片接觸。
- 如申請專利範圍第7項所述之影像感測器，更包括一額外的隔離分隔物設置在該濾光片陣列中，其中該濾光片陣列包含一紅色彩色濾光片、一綠色彩色濾光片、一藍色彩色濾光片和該紅外線濾光片，該隔離分隔物和該額外的隔離分隔物分別圍繞該紅色和該藍色彩色濾光片，且該紅外線濾光片與該綠色彩色濾光片接觸，該隔離分隔物和該額外的隔離分隔物的材料包含氧化矽或一具有一折射率低於氧化矽的折射率之材料。
- 一種影像感測器，包括：一半導體基底，含有複數個光電轉換元件； 一濾光片陣列，包含一第一彩色濾光片、一第二彩色濾光片、一第三彩色濾光片和一紅外線濾光片，設置於該半導體基底上；以及一隔離分隔物，設置在該濾光片陣列中，圍繞該第一、該第二、該第三彩色濾光片和該紅外線濾光片的其中之一，其中該隔離分隔物具有一折射率低於該第一、該第二和該第三彩色濾光片的折射率，且低於該紅外線濾光片的折射率，並且該濾光片陣列係以該濾光片陣列的一重複單元內具有八個綠色彩色濾光片、四個紅外線濾光片、兩個紅色彩色濾光片和兩個藍色彩色濾光片的方式排列，或者以該濾光片陣列的一重複單元內具有八個綠色彩色濾光片、四個藍色彩色濾光片、兩個紅色彩色濾光片和兩個紅外線濾光片的方式排列。
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