TWI626734B - 影像感測裝置 - Google Patents
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Abstract
一種影像感測裝置，包括：一半導體基板；一被動層；以及一集光元件。該半導體基板包括一感光元件，而該被動層係設置於該半導體基板上。該集光元件係設置於該被動層上，且包括一第一迴圈、一第二迴圈、與一第三迴圈。該第一迴圈具有一第一寬度。該第二迴圈環繞該第一迴圈，且具有少於該第一寬度之一第二寬度。該第三迴圈環繞該第一迴圈與該第二迴圈，且具有少於該第一寬度與該第二寬度之一第三寬度。該集光元件係對準該感光元件，且該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈包括不同之折射率。
Description
本發明係關於影像感測裝置(image sensing devices)，且特別地關於具有較佳量子效率(quantum efficiency)之一種影像感測裝置。
影像感測裝置為當今如數位相機、行動電話以及玩具等眾多光電裝置內之必要構件之一。傳統影像感測裝置則包括電耦合裝置(charge coupled device,CCD)影像感測裝置與互補型金氧半導體(complementary metal oxide oxide,CMOS)影像感測裝置。
影像感測裝置通常包括了平面陣列化之複數個像素胞(pixel cells)，其中各像素胞包括了一光電管(photogate)、一光導體(photoconductor)或具有用於累積光電電荷用之摻雜區的一感光二極體(photodiode)。於此平面陣列化之像素胞上則疊設有由如紅(R)、綠(G)或藍(B)之不同色彩之染料所構成之週期性圖樣(periodic pattern)。上述之週期性圖樣即為習知之彩色濾光陣列(color filter array)。於彩色濾光陣列上則選擇性地疊設有複數個方形或圓形之微透鏡(microlens)以聚焦入射光於各像素胞內之電荷累積區處。藉由微透鏡的使用可顯著地改善了影像感測器之感測度。
然而，由於穿透微透鏡的入射光並無法聚焦於此
些像素胞之一的深部區域(deep region)，如此多少限制了影像感測裝置內像素胞的量子效率(quantum efficiency)而無法藉由微透鏡的使用而提升之。如此，恐限制了像素胞的量子效率及像素胞的感測度。
如此，便需要一種影像感測裝置，以改善影像感測裝置之量子效率與感測度。
依據一實施例，本發明提供了一種影像感測裝置，包括：一半導體基板；一被動層；以及一集光元件。該半導體基板包括一感光元件，而該被動層係設置於該半導體基板上。該集光元件係設置於該被動層上，且包括一第一迴圈、一第二迴圈、與一第三迴圈。該第一迴圈具有一第一寬度。該第二迴圈環繞該第一迴圈，且具有少於該第一寬度之一第二寬度。該第三迴圈環繞該第一迴圈與該第二迴圈，且具有少於該第一寬度與該第二寬度之一第三寬度。該集光元件係對準該感光元件，且該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈包括不同之折射率。
100‧‧‧影像感測裝置
102‧‧‧半導體基板
104‧‧‧感光元件
106‧‧‧被動層
108‧‧‧遮光金屬
110‧‧‧彩色圖案
116‧‧‧集光元件
116a‧‧‧第一迴圈
116b‧‧‧第二迴圈
116c‧‧‧第三迴圈
116a1‧‧‧子層
116b1‧‧‧子層
116c1‧‧‧子層
116a2‧‧‧子層
116b2‧‧‧子層
116c2‧‧‧子層
116a3‧‧‧子層
116b3‧‧‧子層
116c3‧‧‧子層
118‧‧‧緩衝層
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧寬度
W3‧‧‧寬度
A‧‧‧入射光
B‧‧‧入射光
第1圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之一實施例之一影像感測裝置；第2圖顯示了第1圖之影像感測裝置之模擬電場影像；第3圖為一上視示意圖，顯示了第1圖內之影像感測裝置；第4圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之另一實施例之
一影像感測裝置；第5圖為一上視示意圖，顯示了第4圖內之影像感測裝置；第6圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之又一實施例之一影像感測裝置；第7圖顯示了第6圖之影像感測裝置之模擬電場影像；第8圖為一上視示意圖，顯示了第6圖內之影像感測裝置；第9圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之另一實施例之一影像感測裝置；第10圖為一上視示意圖，顯示了第9圖內之影像感測裝置；第11圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之又一實施例之一影像感測裝置；第12圖為一上視示意圖，顯示了第11圖內之影像感測裝置；第13圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之另一實施例之一影像感測裝置；以及第14圖為一上視示意圖，顯示了第13圖內之影像感測裝置。
第1圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之一實施例之一影像感測裝置100。此影像感測裝置100包括具有形成於其內之一感光元件104之一半導體基板102、位於半導體基板102上之具有形成於其內之數個遮光金屬(light-shielding metal)108之一被動層(passive layer)106、位於被動層106上之一彩色圖案(color pattern)110、以及位於彩色圖案110上之一集
光元件(light-collecting element)116。
如第1圖所示，半導體基板102例如為一矽基板，而感光元件104可為分隔地形成於半導體基板102內之如感光二極體(photodiode)之感測元件。而被動層106可為包括用於形成位於此些感光元件104與外部電路(未顯示)之間之如內連結構(未顯示)之介電材料(未顯示)與導電元件(未顯示)之單一膜層或多重膜層，但於其內並未包括有感光元件。而形成於被動層106內之此些遮光金屬108則分別形成於半導體基板102上不會覆蓋感光元件104之一位置處，進而定義出遮蔽像素區內除了感光元件104以外之遮光區域及定義出露出此感光元件104之區域的一開口區域(opening area)。
此外，如第1圖所示，位於被動層106上之彩色圖案110亦形成於感光元件104上以與之對準。位於被動層106上之彩色圖案110係形成於感光元件104上以聚焦及轉移入射光線進入感光元件104內。於一實施例中，彩色圖案110可包括擇自由紅色(red)、藍色(blue)、綠色(green)與白色(W)所組成之族群中之一顏色之感光型色阻，且其可藉由如旋轉塗佈與微影製程等製程所形成。
如第1圖所示，集光元件116可包括設置於彩色圖案上之複數個迴圈(loop)，其具有不同折射率(refractive index)與寬度(width)及相同高度(height)。如第1圖所示，於一實施例中，集光元件116可包括分隔地設置於彩色圖案110上之三個迴圈，而如第1圖內所示之此三個迴圈可包括不同折射率與寬度及相同高度。如第1圖內所示之集光元件116之迴圈的數量僅作
為解說之用，並非用以限定本發明之範疇。
如第1圖所示，於一實施例中，設置於彩色圖案110上之此些迴圈的寬度可自影像感測裝置100之一中央部(center portion)至影像感測裝置100之一邊緣部(edge portion)減少。因此，集光元件116可包括具有一第一寬度W1之一第一迴圈116a、環繞第一迴圈116a且具有少於第一寬度W1之一第二寬度W2之一第二迴圈116b、及環繞第二迴圈116b及第一迴圈116a且具有少於第二寬度W2與第一寬度W1之一第三寬度W3之一第三迴圈116c。第一迴圈116a、第二迴圈116b、第三迴圈116c具有約100-500奈米之相同高度。
如第1圖所示，於一實施例中，設置於彩色圖案110上之此些迴圈的折射率(refractive index,n)可自影像感測裝置100之一中央部至影像感測裝置100之一邊緣部增加。於一實施例中，第一迴圈116a可具有約1.4-1.7之折射率、第二迴圈116b可具有約1.7-2.0之折射率、及第三迴圈116c可具有約2.0-2.5之折射率。於一實施例中，第一迴圈116a可包括如氧化矽、氟化鋇(BaF2)或氟化鈣(CaF2)之材料、第二迴圈116b可包括如氧化鎂(MgO)或氧化鈹(BeO)之材料、及第三迴圈116c可包括如二氧化鉿(HfO2)、氧化鉭(Ta2O5)或氧化鈦(TiO2)之材料。
於一實施例中，如第1圖所示之集光元件116的第一迴圈116a、第二迴圈116b、第三迴圈116c可為分隔地形成於彩色圖案110上之數個共心迴圈(concentric loops)。集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、第三迴圈116c形成了可聚焦並轉移入射光至感光元件104內之一菲涅耳波導(Fresnel
zone plate)，可適度地設計第一迴圈116a之第一寬度W1、第二迴圈116b之第二寬度W2、第三迴圈116c之第三寬度W3及介於第一迴圈116a、第二迴圈116b、第三迴圈116c之間的間距，將此集光元件116形成為菲涅耳波導之用。
第2圖顯示了第1圖之影像感測裝置100之一模擬電場影像(simulated electrical field image)。如第2圖所示之模擬電場影像係藉由時域有限差分(finite-difference time-domain，FDTD)模擬法測試第1圖之影像感測裝置100所得到。如第2圖所示，為了模擬方便，故省略藉由時域有限差分(finite-difference time-domain，FDTD)模擬法所測試之影像感測裝置100中部分構件，因此影像感測裝置100僅使用了如感光元件104、被動層106、及集光元件116內之第一迴圈116a與第二迴圈116b等部分構件。如第2圖之模擬電場影像所示，基於影像感測裝置100內之集光元件116的形成，便可聚焦穿透集光元件116之具有較強電場的入射光A至感光元件104之一深部(deep portion，例如是距感光元件104之頂面約0.8微米之深度)，並因此可聚焦更多入射光而使之抵達感光元件104之此深部處。此外，穿透集光元件116並抵達感光元件104與被動層106之介面處之具有強電場之入射光A的光點尺寸可為約0.25微米之一光點尺寸。如此，便可改善感光元件104之量子效率，以及可改善影像感測裝置100的感測度。此外，由於第一迴圈116a與第二迴圈116b可具有少於具有數微米高度之習知微透鏡(未顯示)之約300奈米之高度，進而使得如第1-2圖所示之具有集光元件116之影像感測裝置100較採用傳統微透鏡所形成之影像
感測裝置可具有減少的垂直尺寸，而可形成更為小巧的影像感測裝置。
第3圖為一上視示意圖，顯示了第1圖內之影像感測裝置100，而第1圖內影像感測裝置100之剖面示意圖係沿第3圖內線段1-1所得到。基於簡化目的，於第3圖內僅繪示了討論用之影像感測裝置100之彩色圖案110以及集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c等構件。
如第3圖所示，集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c係形成為分隔地位於彩色圖案110上之數個共心迴圈。此外，從上視觀之，集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c可為圓形迴圈(circular loops)，但並非以其為限。然而，集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c的型態並非以第1、3圖所示情形為限。於其他實施例中，於其他示例性之影像感測裝置中，集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c可具有例如多邊形之其他形態。
第4圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之另一實施例之一影像感測裝置100。第4圖所示之影像感測裝置100內之構件相似於如第1圖所示之影像感測裝置之構件，除了於彩色圖案110之上以及集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c之間額外地形成有一緩衝層118。
如第4圖所示，緩衝層118可具有約1.2-1.7之折射率。於一實施例中，緩衝層118可包括如氟化鎂(MgF2)、氟化鈉(NaF)、或氟化鍶(SrF2)之材料。緩衝層118之頂面係低於集
光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c的頂面。然而，於其他實施例中，緩衝層118之頂面可水平於或高於(未顯示)集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c的頂面。
如此，基於影像感測裝置100內之緩衝層118的形成，便可減少或甚至消除起因於穿透集光元件116並抵達集光元件116與下方彩色圖案110之間的介面處之入射光的反射與散射問題，如此意味著入射光可更聚焦至相較於習知微透鏡所能聚焦處為深之感光元件104之一部處，且因此可聚焦光線並使之抵達感光元件104內。因此，便可改善感光元件104之量子效率，並亦可改善影像感測裝置100的感測度。此外，如第4圖所示之具有聚光元件116之影像感測裝置100亦可較使用傳統微透鏡所形成之影像感測裝置具有減少的垂直尺寸，並可形成更為小巧的影像感測裝置。
第5圖為一上視示意圖，顯示了第4圖內之影像感測裝置，而第4圖內之影像感測裝置100係為沿第5圖內線段4-4之剖面示意圖。基於簡化目的，於第5圖內僅繪示了討論用之緩衝層118及集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c等構件。
如第5圖所示，集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c係形成為分隔地位於彩色圖案110上之數個共心迴圈。此外，從上視觀之，集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c可為圓形迴圈(circular loops)，但並非以其為限。然而，集光元件116之第一
迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c的型態並非以第4、5圖所示情形為限。於其他實施例中，於其他示例性之影像感測裝置中，集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c可具有例如多邊形之其他形態。
第6圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之又一實施例之一影像感測裝置。第6圖所示之影像感測裝置100內之構件相似於如第1圖所示之影像感測裝置之構件，除了集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c分別包括自一內側子層(inner sub-layer)至一外側子層(outer sub-layer)減少之包括不同折射率之複數個子層(sub-layers)。
如第6圖所示，第一迴圈116a可具有自一內側子層(例如子層116a1)至一外側子層(例如子層116a3)減少之具有不同折射率之三個子層116a1-116a3。相似地，第二迴圈116b可具有自一內側子層(例如子層116b1)至一外側子層(例如子層116b3)減少之具有不同折射率之三個子層116b1-116b3，而第三迴圈116c可具有自一內側子層(例如子層116c1)至一外側子層(例如子層116c3)減少之具有不同折射率之三個子層116c1-116c3。
如第6圖所示，第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3可具有相同寬度與相同高度，而第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3可具有相同寬度與相同高度，及第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3可具有相同寬度與相同高度。可適度地設計第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c之寬度以及介於第一迴圈116a、第二迴圈116b、第三迴圈116c之間
的間距，將此集光元件116形成為菲涅耳波導(Fresnel zone plate)之用。
於一實施例中，第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之多個子層中之內側子層(例如子層116a1、116b1、116c1)可具有約2.0-2.5之相同折射率，而第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之多個子層中之中間子層(例如子層116a2、116b2、116c2)可具有約1.7-2.0之相同折射率，及第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之多個子層中之外側子層(例如子層116a3、116b3、116c3)可具有約1.4-1.7之相同折射率。
於一實施例中，第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之多個子層中之內側子層(例如子層116a1、116b1、116c1)可包括如二氧化鉿(HfO2)、氧化鉭(Ta2O5)或氧化鈦(TiO2)之材料，而第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之多個子層中之中間子層(例如子層116a2、116b2、116c2)可包括如氧化鎂(MgO)或氧化鈹(BeO)之材料，及第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之多個子層中之外側子層(例如子層116a3、116b3、116c3)可包括如氧化矽、氟化鋇(BaF2)或氟化鈣(CaF2)之材料。
第7圖顯示了第6圖之影像感測裝置100之一模擬電場影像(simulated electrical field image)。如第7圖所示之模擬電場影像係藉由時域有限差分(finite-difference time-domain，FDTD)模擬法測試第6圖之影像感測裝置100所得到。如第7圖所示，為了模擬方便，故省略藉由時域有限差分(finite-difference time-domain，FDTD)模擬法所測試之影像感
測裝置100中部分構件，因此影像感測裝置100僅使用了如感光元件104、被動層106、及集光元件116內之第一迴圈116a之內側子層116a1與中間子層116a2與第二迴圈116b之內側子層116b1與中間子層116b2等部分構件。如第7圖之模擬電場影像所示，基於影像感測裝置100內之集光元件116的形成，可聚焦穿透集光元件116之具有較強電場的入射光B至感光元件104之一深部(deep portion，例如是距感光元件104之頂面約1微米之深度)，並因此可聚焦更多入射光而使之抵達感光元件104之此深部處。此外，穿透集光元件116並抵達感光元件104與被動層106之介面處之具有強電場之入射光B的光點尺寸可為約0.25微米之一光點尺寸。如此，便可改善感光元件104之量子效率，以及可改善影像感測裝置100的感測度。此外，由於第一迴圈116a與第二迴圈116b可具有少於具有數微米高度之習知微透鏡(未顯示)之約300奈米之高度，進而使得如第6-7圖所示之具有集光元件116之影像感測裝置100較採用傳統微透鏡所形成之影像感測裝置可具有減少的垂直尺寸，而可形成更為小巧的影像感測裝置。
第8圖為一上視示意圖，顯示了第6圖內之影像感測裝置100，而第6圖內影像感測裝置100之剖面示意圖係沿第8圖內線段6-6所得到。基於簡化目的，於第8圖內僅繪示了討論用之影像感測裝置100之彩色圖案110以及集光元件116等構件。
如第8圖所示，集光元件116之第一迴圈116a之子層116a1-116a3、第二迴圈116b之子層116b1-116b3、與第三迴圈
116c之子層116c1-116c3係形成為分隔地位於彩色圖案110上之數個共心迴圈。此外，從上視觀之，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3可為圓形迴圈(circular loops)，但並非以其為限。然而，集光元件116之第一迴圈116a之子層116a1-116a3、第二迴圈116b之子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之子層116c1-116c3的型態並非以第6、8圖所示情形為限。於其他實施例中，於其他示例性之影像感測裝置中，集光元件116之第一迴圈116a之子層116a1-116a3、第二迴圈116b之子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之子層116c1-116c3可具有例如多邊形之其他形態。
第9圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之另一實施例之一影像感測裝置100。第9圖所示之影像感測裝置100內之構件相似於如第8圖所示之影像感測裝置之構件，除了於彩色圖案110之上以及集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c之間額外地形成有一緩衝層118。
如第9圖所示，緩衝層118可具有約1.2-1.7之折射率。於一實施例中，緩衝層118可包括如氟化鎂(MgF2)、氟化鈉(NaF)、或氟化鍶(SrF2)之材料。緩衝層118之頂面係低於集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3的頂面。然而，於其他實施例中，緩衝層118之頂面可水平於或高於(未顯示)集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、
與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3的頂面。
如此，基於影像感測裝置100內之緩衝層118的形成，便可減少或甚至消除起因於穿透集光元件116並抵達集光元件116與下方彩色圖案110之間的介面處之入射光的反射與散射問題，如此意味著入射光可更聚焦至相較於習知微透鏡所能聚焦處為深之感光元件104之一部處，且因此可聚焦光線並使之抵達感光元件104內。因此，便可改善感光元件104之量子效率，並亦可改善影像感測裝置100的感測度。此外，如第9圖所示之具有聚光元件116之影像感測裝置100亦可較使用傳統微透鏡所形成之影像感測裝置具有減少的垂直尺寸，並可形成更為小巧的影像感測裝置。
第10圖為一上視示意圖，顯示了第9圖內之影像感測裝置，而第9圖內之影像感測裝置100係為沿第10圖內線段9-9之剖面示意圖。基於簡化目的，於第10圖內僅繪示了討論用之緩衝層118及集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c等構件。
如第10圖所示，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3係形成為分隔地位於彩色圖案110上之數個共心迴圈。此外，從上視觀之，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3可為圓形迴圈(circular loops)，但並非以其為限。然而，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、
第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3的型態並非以第9、10圖所示情形為限。於其他實施例中，於其他示例性之影像感測裝置中，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3可具有例如多邊形之其他形態。
第11圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之又一實施例之一影像感測裝置100。第11圖所示之影像感測裝置100內之構件相似於如第6圖所示之影像感測裝置之構件，除了集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c分別包括自一內側子層至一外側子層減少之包括不同折射率與不同高度之複數個子層(sub-layers)。
如第11圖所示，第一迴圈116a可具有自一內側子層(例如子層116a1)至一外側子層(例如子層116a3)減少之具有不同折射率與不同高度之三個子層116a1-116a3。相似地，第二迴圈116b可具有自一內側子層(例如子層116b1)至一外側子層(例如子層116b3)減少之具有不同折射率與不同高度之三個子層116b1-116b3，而第三迴圈116c可具有自一內側子層(例如子層116c1)至一外側子層(例如子層116c3)減少之具有不同折射率與不同高度之三個子層116c1-116c3。
於一實施例中，第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之數個子層中之內側子層(例如子層116a1、116b1、116c1)可具有約2.0-2.5之相同折射率，而第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之數個子層中之中間子層(例如子層
116a2、116b2、116c2)可具有約1.7-2.0之相同折射率，及第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之數個子層中之外側子層(例如子層116a3、116b3、116c3)可具有約1.4-1.7之相同折射率。
於一實施例中，第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之數個子層中之內側子層(例如子層116a1、116b1、116c1)可包括如二氧化鉿(HfO2)、氧化鉭(Ta2O5)或氧化鈦(TiO2)之材料，而第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之數個子層中之中間子層(例如子層116a2、116b2、116c2)可包括如氧化鎂(MgO)或氧化鈹(BeO)之材料，及第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之數個子層中之外側子層(例如子層116a3、116b3、116c3)可包括如氧化矽、氟化鋇(BaF2)或氟化鈣(CaF2)之材料。
於一實施例中，第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之數個子層中之內側子層(例如子層116a1、116b1、116c1)可具有約600-800奈米之高度，而第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之數個子層中之中間子層(例如子層116a2、116b2、116c2)可具有約400-600奈米之高度，及第一、第二、與第三迴圈116a、116b、116c之數個子層中之外側子層(例如子層116a3、116b3、116c3)可具有約200-400奈米之高度。
如此，基於影像感測裝置100內之集光元件116的形成，便可聚焦穿透集光元件116之入射光(未顯示)至感光元件104之一較深部，並因此可較採用傳統微透鏡所形成之影像感測裝置聚焦更多入射光而使之抵達感光元件104之此較深部處。如此，便可改善感光元件104之量子效率，以及可改善影
像感測裝置100的感測度。此外，由於如第11圖所示之具有集光元件116之影像感測裝置100較採用傳統微透鏡所形成之影像感測裝置可具有減少的垂直尺寸，而可形成更為小巧的影像感測裝置。
第12圖為一上視示意圖，顯示了第11圖內之影像感測裝置100，而第11圖內影像感測裝置100之剖面示意圖係沿第12圖內線段11-11所得到。基於簡化目的，於第12圖內僅繪示了討論用之影像感測裝置100之彩色圖案110以及集光元件116等構件。
如第12圖所示，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3係形成為分隔地位於彩色圖案11c上之數個共心迴圈。此外，從上視觀之，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3可為圓形迴圈(circular loops)，但並非以其為限。然而，集光元件116之第一迴圈116a之子層116a1-116a3、第二迴圈116b之子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之子層116c1-116c3的型態並非以第11-12圖所示情形為限。於其他實施例中，於其他示例性之影像感測裝置中，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3可具有例如多邊形之其他形態。
第13圖為一剖面示意圖，顯示依據本發明之另一
實施例之一影像感測裝置100。第13圖所示之影像感測裝置100內之構件相似於如第11圖所示之影像感測裝置之構件，除了於彩色圖案110之上以及集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c之間額外地形成有一緩衝層118。
如第13圖所示，緩衝層118可具有約1.2-1.7之折射率。於一實施例中，緩衝層118可包括如氟化鎂(MgF2)、氟化鈉(NaF)、或氟化鍶(SrF2)之材料。緩衝層118之頂面係低於集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3的頂面。然而，於其他實施例中，緩衝層118之頂面可水平於或高於(未顯示)集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3的頂面。
如此，基於影像感測裝置100內之緩衝層118的形成，便可減少或甚至消除起因於穿透集光元件116並抵達集光元件116與下方彩色圖案110之間的介面處之入射光的反射與散射問題，如此意味著入射光可更聚焦至相較於習知微透鏡所能聚焦處為深之感光元件104之一部處，且因此可聚焦光線並使之抵達感光元件104內。因此，便可改善感光元件104之量子效率，並亦可改善影像感測裝置100的感測度。此外，如第12-13圖所示之具有聚光元件116之影像感測裝置100亦可較使用傳統微透鏡所形成之影像感測裝置具有減少的垂直尺寸，並可形成更為小巧的影像感測裝置。
第14圖為一上視示意圖，顯示了第13圖內之影像
感測裝置，而第13圖內之影像感測裝置100係為沿第14圖內線段13-13之剖面示意圖。基於簡化目的，於第14圖內僅繪示了討論用之緩衝層118及集光元件116之第一迴圈116a、第二迴圈116b、與第三迴圈116c等構件。
如第14圖所示，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3係形成為分隔地位於彩色圖案110上之數個共心迴圈。此外，從上視觀之，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3可為圓形迴圈(circular loops)，但並非以其為限。然而，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3的型態並非以第13-14圖所示情形為限。於其他實施例中，於其他示例性之影像感測裝置中，集光元件116之第一迴圈116a之數個子層116a1-116a3、第二迴圈116b之數個子層116b1-116b3、與第三迴圈116c之數個子層116c1-116c3可具有例如多邊形之其他形態。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
Claims (12)
- 一種影像感測裝置，包括：一半導體基板，包括一感光元件；一被動層，設置於該半導體基板上；以及一集光元件，設置於該被動層上，包括：一第一迴圈，具有一第一寬度；一第二迴圈，環繞該第一迴圈，具有少於該第一寬度之一第二寬度；一第三迴圈，環繞該第一迴圈與該第二迴圈，具有少於該第一寬度與該第二寬度之一第三寬度，其中該集光元件對準該感光元件，且該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈包括不同之折射率，其中該第一迴圈之折射率小於該第二迴圈之折射率，且該第二迴圈之折射率小於該第三迴圈之折射率。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈係分隔地形成於該被動層之上，而該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈形成了菲涅耳波導，其中從上視觀之，該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈係為圓形迴圈。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，更包括一彩色圖案，設置於該被動層與該集光元件之間，其中該彩色圖案係對準該感光元件與該集光元件，具有擇自由紅、綠、藍與白所組成族群中之一顏色。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該第一迴圈具有介於約1.4-1.7之折射率、該第二迴圈具有介於約1.7-2.0之折射率、及該第三迴圈具有介於約2.0-2.5之折射率。
- 如申請專利範圍第4項所述之影像感測裝置，其中該第一迴圈包括氧化矽、氟化鋇、或氟化鈣，該第二迴圈包括氧化鎂或氧化鈹，及該第三迴圈包括氧化鉿、氧化鉭、或氧化鈦。
- 如申請專利範圍第4項所述之影像感測裝置，更包括一緩衝層，設置於該被動層上並位於該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈之間，其中該緩衝層具有約1.2-1.7之折射率，其中該緩衝層包括氟化鎂、氟化鈉、或氟化鍶，其中該緩衝層之頂面係低於、高於或水平於該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈之頂面。
- 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈包括自一內側子層至一外側子層減少之具有不同折射率之複數個子層。
- 如申請專利範圍第7項所述之影像感測裝置，其中該第一迴圈之該些子層具有相同寬度、該第二迴圈之該些子層具有相同寬度、及該第三迴圈之該些子層具有相同寬度。
- 如申請專利範圍第7項所述之影像感測裝置，其中該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈之該些子層之該內側子層具有約2.0-2.5之折射率，而該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈之該些子層之該外側子層具有約1.4-1.7之折射率。
- 如申請專利範圍第7項所述之影像感測裝置，其中更包括一緩衝層，設置於該被動層上並位於該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈之間，其中該緩衝層具有約1.2-1.7之折射率，其中該緩衝層包括氟化鎂、氟化鈉、或氟化鍶，其中該緩衝層之頂面係低於、高於或水平於該第一迴圈、該第二迴圈與該第三迴圈之該些子層之頂面。
- 如申請專利範圍第8項所述之影像感測裝置，其中該第一迴圈之該些子層具有自一內側子層朝向一外側子層減少之不同高度、該第二迴圈之該些子層具有自一內側子層朝向一外側子層減少之不同高度、及該第三迴圈之該些子層具有自一內側子層朝向一外側子層減少之不同高度。
- 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置，其中該第一迴圈、該第二迴圈、與該第三迴圈之該內側子層具有約600-800奈米之高度，而該第一迴圈、該第二迴圈、與該第三迴圈之該外側子層具有約200-400奈米之高度。
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