TWI824620B - 固態影像感測器 - Google Patents

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Abstract

提供一種固態影像感測器。固態影像感測器包含多個光電轉換元件及彩色濾光層，彩色濾光層設置於光電轉換元件的上方。彩色濾光層具有第一彩色濾光區段及第二彩色濾光區段，第二彩色濾光區段與第一彩色濾光區段相鄰。第一彩色濾光區段與第二彩色濾光區段對應於不同的顏色。固態影像感測器更包含分光結構及網格結構，分光結構設置於第一彩色濾光區段或第二彩色濾光區段中，網格結構設置於第一彩色濾光區段與第二彩色濾光區段之間。分光結構與網格結構分離。

Description

固態影像感測器
本揭露實施例是有關於一種影像感測器，且特別是有關於一種包含分光結構的固態影像感測器，分光結構設置於彩色濾光層中。
固態影像感測器(例如，電荷耦合元件(charge-coupled device, CCD)影像感測器、互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)影像感測器等)已經廣泛使用於各種影像拍攝設備，例如：數位靜止影像相機、數位攝影機和類似的設備。固態影像感測器中的光感測部分可形成在多個像素中的每個像素處，並且可以根據在光感測部分中所接收的光量產生訊號電荷。此外，可以傳送和放大在光感測部分中產生的訊號電荷，進而獲得影像訊號。
在傳統的多PD(即，一個微透鏡對應於兩個、四個或更多個光電二極體)的固態影像感測器中，在具有長波長的光進入固態影像感測器後，可能會聚焦在隔離結構(例如，深溝槽隔離(deep trench isolation, DTI))之上，這可能會導致強烈的散射並產生串擾(crosstalk)。因此，固態影像感測器的設計和製造仍面臨各種挑戰。
在本揭露的一些實施例中，固態影像感測器包含分光結構，分光結構設置於彩色濾光層(的彩色濾光區段)中，其可有效地降低散射與串擾，從而改善來自固態影像感測器的光電轉換元件的影像訊號的品質。
根據本揭露的一些實施例，提供一種固態影像感測器。固態影像感測器包含多個光電轉換元件及彩色濾光層，彩色濾光層設置於光電轉換元件的上方。彩色濾光層具有第一彩色濾光區段及第二彩色濾光區段，第二彩色濾光區段與第一彩色濾光區段相鄰。第一彩色濾光區段與第二彩色濾光區段對應於不同的顏色。固態影像感測器更包含分光結構及網格結構，分光結構設置於第一彩色濾光區段或第二彩色濾光區段中，網格結構設置於第一彩色濾光區段與第二彩色濾光區段之間。分光結構與網格結構分離。
在一些實施例中，光電轉換元件被區分為多個第一光電轉換元件及多個第二光電轉換元件，第一彩色濾光區段對應於第一光電轉換元件，而第二彩色濾光區段對應於第二光電轉換元件。
在一些實施例中，固態影像感測器更包含隔離結構，隔離結構設置於光電轉換元件之間，並具有多個第一隔離區段及多個第二隔離區段。第一隔離區段設置於第一光電轉換元件與第二光電轉換元件之間，第二隔離區段設置於第一光電轉換元件之間及第二光電轉換元件之間。網格結構對應於第一隔離區段，而分光結構對應於至少一個第二隔離區段。
在一些實施例中，從固態影像感測器的上視圖中，分光結構與對應的第二隔離區段重疊。
在一些實施例中，從固態影像感測器的上視圖中，當分光結構的輪廓為十字形時，分光結構與對應的第二隔離區段偏移0~45度。
在一些實施例中，網格結構相對於第一隔離區段具有第一位移，分光結構相對於對應的第二隔離區段具有第二位移。
在一些實施例中，第一位移與第二位移不同。
在一些實施例中，分光結構的高度小於或等於網格結構的高度。
在一些實施例中，從固態影像感測器的上視圖中，分光結構的輪廓為圓形、正方形、矩形或十字形。
在一些實施例中，分光結構的寬度介於50 nm至200 nm之間。
在一些實施例中，分光結構的高度與彩色濾光層的高度的比例介於0.3至0.9之間。
在一些實施例中，分光結構的折射率介於1至1.45之間。
在一些實施例中，分光結構具有第一部分及第二部分，第一部分設置於第一彩色濾光區段或第二彩色濾光區段的中心之上，而第二部分設置於第一彩色濾光區段或第二彩色濾光區段的至少一個角落附近。
在一些實施例中，分光結構對應於兩個光電轉換元件或四個光電轉換元件。
在一些實施例中，固態影像感測器更包含內柱，內柱設置於分光結構的底部。內柱包含非透明材料。
在一些實施例中，內柱的寬度介於50 nm至200 nm之間，而內柱的高度小於150 nm。
在一些實施例中，固態影像感測器更包含輔助分光結構，輔助分光結構設置於分光結構的底部。
在一些實施例中，輔助分光結構進一步設置於網格結構的底部。
在一些實施例中，輔助分光結構包含至少一種不同於分光結構的材料，且輔助分光結構的折射率介於1至1.65之間。
在一些實施例中，輔助分光結構的寬度大於或等於分光結構的寬度，而輔助分光結構的高度介於50 nm至350 nm之間。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露實施例敘述了第一特徵部件形成於第二特徵部件之上或上方，即表示其可能包含第一特徵部件與第二特徵部件是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵部件形成於第一特徵部件與第二特徵部件之間，而使第一特徵部件與第二特徵部件可能未直接接觸的實施例。
應理解的是，額外的操作步驟可實施於所述方法之前、之間或之後，且在所述方法的其他實施例中，部分的操作步驟可被取代或省略。
此外，其中可能用到與空間相關用詞，例如「在… 之下」、「下方」、「下」、「在… 之上」、「上方」、「上」及類似的用詞，這些空間相關用詞係為了便於描述圖示中一個(些)元件或特徵部件與另一個(些)元件或特徵部件之間的關係，這些空間相關用詞包括使用中或操作中的裝置之不同方位，以及圖式中所描述的方位。當裝置被轉向不同方位時(旋轉90度或其他方位)，則其中所使用的空間相關形容詞也將依轉向後的方位來解釋。
在說明書中，用語「約」、「大約」、「實質上」通常表示在一給定值或範圍的20%之內，或10%之內，或5%之內，或3%之內，或2%之內，或1%之內，或0.5%之內。在此給定的數量為大約的數量，亦即在沒有特定說明「約」、「大約」、「實質上」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「實質上」之含義。
除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是，這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在本揭露實施例有特別定義。
本揭露在以下的實施例中可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
第1圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器100的一部分的上視圖。第2圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖CS1，其可繪示固態影像感測器100的一部分。舉例來說，第2圖可為沿著第1圖中的線A-A’所繪的固態影像感測器100的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第1圖與第2圖中已省略固態影像感測器100的部分部件。
參照第2圖，在一些實施例中，固態影像感測器100包含半導體基板10。半導體基板10可為晶圓或晶片。舉例來說，半導體基板10可包含矽，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，半導體基板10具有多個光電轉換元件11，例如第2圖中所示的光電轉換元件11B與光電轉換元件11R。舉例來說，光電轉換元件11B可用於接收藍色光，而光電轉換元件11R可用於接收紅色光，但本揭露實施例並非以此為限。半導體基板10可具有其他的光電轉換元件，其可用於接收例如綠色光、黃色光、白色光、青色(cyan)光或紅外(infrared ,IR)/近紅外(near infrared, NIR)光，可根據實際需求調整。
如第2圖所示，在一些實施例中，固態影像感測器100包含多個隔離結構13，隔離結構13設置於光電轉換元件11之間。舉例來說，隔離結構13可包含淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)或深溝槽隔離(deep trench isolation, DTI)。可使用蝕刻製程在半導體基板10中形成溝槽，並以絕緣或介電材料填充溝槽而形成隔離結構13，但本揭露實施例並非以此為限。
如第2圖的剖面圖CS1所示，在一些實施例中，隔離結構13具有(或被區分為)多個第一隔離區段13S1及多個第二隔離區段13S2，第一隔離區段13S1設置於光電轉換元件11B與光電轉換元件11R之間，而第二隔離區段13S2設置於多個光電轉換元件11B之間與多個光電轉換元件11R之間。換言之，第一隔離區段13S1可用於隔離接收不同顏色光的光電轉換元件11，而第二隔離區段13S2可用於隔離接收相同顏色光的光電轉換元件11。應注意的是，第一隔離區段13S1和第二隔離區段13S2在第1圖的上視圖中以虛線繪示。
參照第1圖與第2圖，在一些實施例中，固態影像感測器100包含彩色濾光層20，彩色濾光層20設置於光電轉換元件11(半導體基板10)的上方。在一些實施例中，彩色濾光層20具有(或被區分為)多個彩色濾光區段，其對應於光電轉換元件11。舉例來說，如第2圖所示，彩色濾光層20可具有對應於光電轉換元件11B的藍色濾光區段20SB及對應於光電轉換元件11R的紅色濾光區段20SR。此外，如第1圖所示，彩色濾光層20可具有對應於其他的光電轉換元件的綠色濾光區段20SG(在第1圖中有兩個綠色濾光區段20SG)，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些其他的實施例中，彩色濾光層20具有(或被區分為)其他的彩色濾光區段。舉例來說，彩色濾光層20可具有黃色濾光區段、白色濾光區段、青色濾光區段、洋紅色(magenta)濾光區段或紅外(IR)/近紅外(NIR)光濾光區段，但本揭露實施例並非以此為限。
如第1圖與第2圖所示，在一些實施例中，固態影像感測器100包含網格結構30，網格結構30設置於彩色濾光區段之間。舉例來說，如第1圖與第2圖所示，網格結構30可設置於綠色濾光區段20SG與紅色濾光區段20SR之間，並可設置於綠色濾光區段20SG與藍色濾光區段20SB之間，但本揭露實施例並非以此為限。網格結構30可包含透明介電材料，透明介電材料具有在從約1.0至約1.99的範圍內的低折射率。在一些實施例中，網格結構30的折射率低於彩色濾光層20(其包含紅色濾光區段20SR、綠色濾光區段20SG、藍色濾光區段20SB等)的折射率。
可透過在半導體基板10之上沉積介電層，接著使用光微影和蝕刻製程對介電層進行圖案化以形成網格結構30，但本揭露實施例並非以此為限。如第2圖所示，在一些實施例中，網格結構30對應於第一隔離區段13S1。舉例來說，網格結構30的中心軸C30可如第2圖所示與第一隔離區段13S1的中心軸C13S1重疊。此外，網格結構30可與第一隔離區段13S1對齊，但本揭露實施例並非以此為限。
參照第1圖與第2圖，在一些實施例中，固態影像感測器100包含分光結構40，分光結構40設置於至少一個彩色濾光區段中。舉例來說，如第1圖與第2圖所示，分光結構40可設置於紅色濾光區段20SR、綠色濾光區段20SG及藍色濾光區段20SB中，但本揭露實施例並非以此為限。
分光結構40的材料與製造方法可與網格結構相同或類似。換言之，分光結構40可包含透明介電材料，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，分光結構40的折射率介於1至1.45之間。
如第1圖與第2圖所示，在一些實施例中，分光結構40與網格結構30分離。此外，在一些實施例中，分光結構40對應至少一個第二隔離區段13S2。舉例來說，如第2圖所示，分光結構40的中心軸C40可與對應的第二隔離區段13S2的中心軸C13S2重疊，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，從固態影像感測器100的上視圖(例如，第1圖)中，分光結構40的輪廓為正方形，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，分光結構40的輪廓為圓形、矩形、十字形或任何其他合適的形狀。此外，在一些實施例中，分光結構40的寬度W40介於約50 nm至約200 nm之間。在此，分光結構40的寬度W40定義為分光結構40的兩個平行邊的最短距離。以固態影像感測器100(如第1圖所示)為例，分光結構40的寬度W40定義為正方形的邊長。
如第2圖所示，在一些實施例中，彩色濾光層20的高度H20等於網格結構30的高度H30。此外，在一些實施例中，分光結構40的高度H40低於彩色濾光層20的高度H20。在一些實施例中，分光結構40的高度H40與彩色濾光層20的高度H20的比例(即，H40/H20)介於約0.3至約0.9之間。
在本揭露的實施例中，將分光結構40設置於彩色濾光層20(的彩色濾光區段)中可有效地降低散射和串擾，從而改善來自固態影像感測器100的光電轉換元件11的影像訊號的品質。若分光結構40的高度H40與彩色濾光層20的高度H20的比例(即H40/H20)小於0.3，則分光結構40可能無法降低散射和串擾。若分光結構40的高度H40與彩色濾光層20的高度H20的比例(即H40/H20)大於0.9，則串擾可能產生於彩色濾光層20中。
在第1圖所示的實施例中，分光結構40設置於每個彩色濾光區段(例如，紅色濾光區段20SR、綠色濾光區段20SG和藍色濾光區段20SB)中，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，分光結構40僅設置於特定的彩色濾光區段(例如，綠色濾光區段20SG)中。如第1圖所示，每個分光結構40對應於四個光電轉換元件11，四個光電轉換元件11形成2×2陣列，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，分光結構40對應於兩個光電轉換元件11。
如第1圖與第2圖所示，固態影像感測器100包含遮光層32，遮光層32設置於網格結構30的底部。遮光層32可包含金屬且可稱為金屬網格結構。舉例來說，金屬可包含金(Au)、鎳(Ni)、鉑(Pt)、鈀(Pd)、銥(Ir)、鈦(Ti)、鉻(Cr)、鎢(W)、鋁(Al)、銅(Cu)、類似物、其合金或其組合，但本揭露實施例並非以此為限。
如第2圖所示，固態影像感測器100包含多個聚光結構50，聚光結構50設置於彩色濾光層20的上方。聚光結構50可包含玻璃、環氧樹脂、矽氧樹脂、聚氨酯、其他適當之材料或其組合，但本揭露實施例並非以此為限。舉例來說，聚光結構50可透過光阻回流(photoresist reflow)法、熱壓(hot embossing)法、其他合適的方法或其組合所形成。此外，形成聚光結構50的步驟可包含旋轉塗佈製程、光微影(lithography)製程、蝕刻製程、任何其他合適的製程或其組合，但本揭露實施例並非以此為限。
如第2圖所示，在一些實施例中，每個聚光結構50對應於一個彩色濾光區段(例如，紅色濾光區段20SR、綠色濾光區段20SG或藍色濾光區段20SB)。類似地，在一些實施例(例如，第1圖所示的實施例)中，每個聚光結構50對應於四個光電轉換元件11，且四個光電轉換元件11形成2×2陣列(其可稱為二次光電二極體(quadratic photo diodes, QPD))，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，每個聚光結構50對應於兩個光電轉換元件11(其可稱為雙光電二極體(dual photo diodes, DPD))。
聚光結構50可為微透鏡(micro-lens)。舉例來說，聚光結構50可包含半凸透鏡或凸透鏡，但本揭露實施例並非以此為限。聚光結構50也可包含微角椎(micro-pyramid)結構(例如，圓錐、四角錐等)或微梯形(micro-trapezoidal)結構(例如，平頂圓錐、平頂四角錐等)。或者，聚光結構50可為折射率漸變(gradient-index)結構。
第3圖是入射光L的能量場分佈示意圖。參照第3圖，當入射光L(通過聚光結構50)進入固態影像感測器100並接觸分光結構40時，它可被分成光L1和光L2。由於分光結構40包含具有低折射率(例如，介於約1至約1.45之間)的透明介電材料，入射光L僅以低能量損失(low energy loss)進行分光，且分光結構40的中心附近的入射光L的能量場可呈現如第3圖所示的漸逝波(evanescent wave)。
第4圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器102的一部分的上視圖。第5圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器104的一部分的上視圖。第6圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器106的一部分的上視圖。舉例來說，第4圖中所示的固態影像感測器102、第5圖中所示的固態影像感測器104及第6圖中所示的固態影像感測器106可具有與第1圖所示的固態影像感測器100類似的剖面圖。
換言之，第2圖也可為沿著第4圖中的線B-B’所繪的固態影像感測器102的一部分、沿著第5圖中的線C-C’所繪的固態影像感測器104的一部分或沿著第6圖中的線D-D’所繪的固態影像感測器106的一部分的剖面圖。類似地，為了簡潔起見，第4圖至第6圖中已省略固態影像感測器102、固態影像感測器104及固態影像感測器106的部分部件。
參照第4圖，固態影像感測器102具有與第1圖中所示的固態影像感測器100類似的結構。與第1圖中所示的固態影像感測器100主要的不同之處在於，每個分光結構40對應於兩個光電轉換元件11，兩個光電轉換元件11形成1×2(或2×1)陣列。再者，每個聚光結構50對應於兩個光電轉換元件11(其可稱為雙光電二極體(DPD))。
參照第5圖，固態影像感測器104具有與第4圖中所示的固態影像感測器102類似的結構。與第4圖中所示的固態影像感測器102主要的不同之處在於，從固態影像感測器104的上視圖(例如，第5圖)中，分光結構40的輪廓為矩形。此外，在一些實施例中，分光結構40的寬度W40介於約50 nm至約200 nm之間。以固態影像感測器104(其繪示於第5圖)為例，分光結構40的寬度W40定義為矩形的短邊長。
參照第6圖，固態影像感測器106具有與第1圖中所示的固態影像感測器100類似的結構。與第1圖中所示的固態影像感測器100主要的不同之處在於，從固態影像感測器106的上視圖(例如，第6圖)中，分光結構40的輪廓為十字形。亦即，從固態影像感測器106的上視圖(例如，第6圖)中，分光結構40的輪廓可由兩個交叉的矩形所形成。此外，在一些實施例中，分光結構40的寬度W40介於約50 nm至約200 nm之間。以固態影像感測器106(其繪示於第6圖)為例，分光結構40的寬度W40定義為每個矩形的短邊長。
第7圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器108的一部分的上視圖。第8圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖CS2，其可繪示固態影像感測器108的一部分。舉例來說，第8圖可為沿著第7圖中的線E-E’所繪的固態影像感測器108的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第7圖與第8圖中已省略固態影像感測器108的部分部件。
參照第7圖與第8圖，固態影像感測器108具有與第1圖中所示的固態影像感測器100類似的結構。與第1圖中所示的固態影像感測器100主要的不同之處在於，固態影像感測器108更包含內柱45，內柱45設置於分光結構40的底部。在一些實施例中，內柱45的數量與分光結構40的數量相同，因此，第7圖中有四個內柱45設置於對應的分光結構40的底部，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，內柱45的數量與分光結構40的數量不同(例如內柱45的數量少於分光結構40的數量)，其可根據實際需求調整。
在一些實施例中，內柱45包含非透明材料。內柱45的透射率(transmittance)可小於約50%，但本揭露實施例並非以此為限。將內柱45設置於分光結構40的底部可進一步降低散射和串擾。內柱45可包含與遮光層32相同或類似的材料，並且可與遮光層32透過相同的製程同時形成，但本揭露實施例並非以此為限。
舉例來說，內柱45可包含金屬，例如：銅(Cu)、銀(Ag)等，但本揭露實施例並非以此為限。或者，內柱45可包含光阻(例如，黑色光阻或其他適當的非透明的光阻)、油墨(例如，黑色油墨或其他適當的非透明的油墨)、模制化合物(molding compound)(例如，黑色模制化合物或其他適當的非透明的模制化合物)、防焊材料(solder mask)(例如，黑色防焊材料或其他適當的非透明的防焊材料)、(黑色)環氧樹脂、其他適當之材料或其組合。
在一些實施例中，從固態影像感測器108的上視圖(例如，第7圖)中，內柱45的輪廓為正方形，但本揭露實施例並非以此為限。此外，在一些實施例中，內柱45的寬度W45介於約50 nm至約100 nm之間。在此，內柱45的寬度W45定義為內柱45的兩個平行邊的最短距離。以固態影像感測器108(其繪示於第7圖)為例，內柱45的寬度W45定義為正方形的邊長。
如第8圖所示，在一些實施例中，內柱45的高度H45等於遮光層32的高度H32，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，內柱45的高度H45低於遮光層32的高度H32。此外，在一些實施例中，內柱45的高度H45少於150 nm。
第9圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器110的一部分的上視圖。第10圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖CS3，其可繪示固態影像感測器110的一部分。舉例來說，第10圖可為沿著第9圖中的線F-F’所繪的固態影像感測器110的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第9圖與第10圖中已省略固態影像感測器110的部分部件。
參照第9圖與第10圖，固態影像感測器110具有與第6圖中所示的固態影像感測器106類似的結構。亦即，從固態影像感測器110的上視圖(例如，第9圖)中，分光結構40的輪廓為十字形。與第6圖中所示的固態影像感測器106主要的不同之處在於，從固態影像感測器110的上視圖(例如，第9圖)中，分光結構40與對應的第二隔離區段13S2偏移約45度。換言之，從固態影像感測器110的上視圖(例如，第9圖)中，分光結構40與對應的第二隔離區段13S2的夾角θ為約45度，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，從固態影像感測器110的上視圖中，分光結構40與對應的第二隔離區段13S2偏移0度至約45度。
第11圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器110’的一部分的上視圖。第12圖是根據本揭露一些其他的實施例的剖面圖CS3’，其可繪示固態影像感測器110’的一部分。舉例來說，第12圖可為沿著第11圖中的線F-F’所繪的固態影像感測器110’的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第11圖與第12圖中已省略固態影像感測器110’的部分部件。
參照第11圖與第12圖，固態影像感測器110’具有與第9圖中所示的固態影像感測器110類似的結構。與第9圖中所示的固態影像感測器110主要的不同之處在於，固態影像感測器110’更包含內柱45，內柱45設置於分光結構40的底部。此外，從第11圖所示的固態影像感測器110’的上視圖中，內柱45設置於分光結構40的中心。在本實施例中，內柱45的數量與分光結構40的數量相同，因此，第11圖中有四個內柱45設置於對應的分光結構40的底部，但本揭露實施例並非以此為限。
第13圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器112的一部分的上視圖。第14圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖CS4，其可繪示固態影像感測器112的一部分。舉例來說，第14圖可為沿著第13圖中的線G-G’所繪的固態影像感測器112的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第13圖與第14圖中已省略固態影像感測器112的部分部件。
參照第13圖與第14圖，固態影像感測器112具有與第1圖中所示的固態影像感測器100類似的結構。與第1圖中所示的固態影像感測器100主要的不同之處在於，固態影像感測器112的分光結構40具有第一部分41及第二部分42。如第13圖與第14圖所示，第一部分41設置於彩色濾光區段(例如，紅色濾光區段20SR、綠色濾光區段20SG或藍色濾光區段20SB)的中心之上，而第二部分42設置於彩色濾光區段的至少一個角落附近。舉例來說，如第13圖所示，每個彩色濾光區段中的四個角落附近設置有四個第二部分42，但本揭露實施例並非以此為限。第二部分42的數量與第二部分42的位置可根據實際需求調整。
第15圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器112’的一部分的上視圖。第16圖是根據本揭露一些其他的實施例的剖面圖CS4’，其可繪示固態影像感測器112’的一部分。舉例來說，第16圖可為沿著第15圖中的線G-G’所繪的固態影像感測器112’的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第15圖與第16圖中已省略固態影像感測器112’的部分部件。
參照第15圖與第16圖，固態影像感測器112’具有與第13圖中所示的固態影像感測器112類似的結構。與第13圖中所示的固態影像感測器112主要的不同之處在於，固態影像感測器112’更包含內柱45，內柱45設置於分光結構40的底部。更詳細而言，內柱45設置於分光結構40的第一部分41的底部。此外，從第15圖所示的固態影像感測器112’的上視圖中，內柱45設置於分光結構40的第一部分41的中心。在本實施例中，內柱45的數量與分光結構40的第一部分41的數量相同，因此，第15圖中有四個內柱45設置於對應的第一部分41的底部，但本揭露實施例並非以此為限。
在前述的實施例中，彩色濾光層20的高度H20等於網格結構30的高度H30，而分光結構40的高度H40低於彩色濾光層20的高度H20(或網格結構30的高度H30)，但本揭露實施例並非以此為限。第17圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖CS5，其可繪示固態影像感測器的一部分。舉例來說，第17圖所示的剖面圖CS5可取代第2圖所示的剖面圖CS1作為固態影像感測器100、102、104或106的剖面圖，但本揭露實施例並非以此為限。
在第17圖所示的實施例中，分光結構40的高度H40等於網格結構30的高度H30，而分光結構40的高度H40(或網格結構30的高度H30)低於彩色濾光層20的高度H20，但本揭露實施例並非以此為限。
第18圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器114的一部分的上視圖。第19圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖CS6，其可繪示固態影像感測器114的一部分。舉例來說，第19圖可為沿著第18圖中的線H-H’所繪的固態影像感測器114的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第18圖與第19圖中已省略固態影像感測器114的部分部件。
參照第18圖與第19圖，固態影像感測器114具有與第1圖與第2圖中所示的固態影像感測器100類似的結構。與第1圖與第2圖中所示的固態影像感測器100主要的不同之處在於，在固態影像感測器114中，網格結構30相對於對應的第一隔離區段13S1具有位移S1，分光結構40相對於對應的第二隔離區段13S2具有位移S2。
在此，位移S1可定義為網格結構30的中心軸C30與對應的第一隔離區段13S1的中心軸C13S1之間的距離d1，而位移S2可定義為分光結構40的中心軸C40與對應的第二隔離區段13S2的中心軸C13S2之間的距離d2。在第18圖和第19圖所示的實施例中，移位S1與移位S2相同。亦即，網格結構30的中心軸C30與對應的第一隔離區段13S1的中心軸C13S1之間的距離d1等於分光結構40的中心軸C40與對應的第二隔離區段13S2的中心軸C13S2之間的距離d2，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，第1圖與第2圖所示的固態影像感測器100及第18圖與第19圖所示的固態影像感測器114可為相同的固態影像感測器的不同區域。舉例來說，第1圖與第2圖所示的固態影像感測器100可為固態影像感測器的中央區域，而第18圖與第19圖所示的固態影像感測器114可為固態影像感測器的周圍(邊緣)區域，但本揭露實施例並非以此為限。
第20圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器116的一部分的上視圖。第21圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖CS7，其可繪示固態影像感測器116的一部分。舉例來說，第21圖可為沿著第20圖中的線I-I’所繪的固態影像感測器116的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第20圖與第21圖中已省略固態影像感測器116的部分部件。
在固態影像感測器116中，網格結構30相對於對應的第一隔離區段13S1具有位移S1，一個分光結構40’相對於對應的第二隔離區段13S2不具有位移，而另一個分光結構40’’相對於對應的第二隔離區段13S2具有位移S2’。亦即，分光結構40’的中心軸C40’與對應的第二隔離區段13S2的中心軸C13S2之間的距離為0，而分光結構40’’的中心軸C40’’與對應的第二隔離區段13S2的中心軸C13S2之間的距離d2’大於0。換言之，位移S2/S2’是可變的。此外，在第20圖與第21圖所示的實施例中，位移S1與位移S2’不同。
在前述的實施例(例如第1、4~7、9、11、13、15、18或20圖)中，一個紅色濾光區段20SR、兩個綠色濾光區段20SG和一個藍色濾光區段20SB形成一個2×2陣列，其可稱為一個4C的二次光電二極體(QPD)或雙光電二極體(DPD)，但本揭露實施例並非以此為限。
第22圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器118的一部分的上視圖。參照第22圖，八個綠色濾光區段20SG形成兩個2×2陣列，四個紅色濾光區段20SR形成一個2×2陣列，而四個藍色濾光區段20SB形成一個2×2陣列。如第22圖所示，分光結構40設置於所有的彩色濾光區段中，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，分光結構40可僅設置於一些彩色濾光區段中。
此外，前述的彩色濾光區段(例如，紅色濾光區段20SR、綠色濾光區段20SG及藍色濾光區段20SB)形成一個4×4陣列，其可稱為一個16C的二次光電二極體(QPD)或雙光電二極體(DPD)，但本揭露實施例並非以此為限。彩色濾光區段的數量與排列可依據實際需求調整。
在前述的實施例中，分光結構40設置於所有的彩色濾光區段中，但本揭露實施例並非以此為限。第23A~23F圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器120~130的一部分的上視圖。類似地，為了簡潔起見，第23A~23F圖中已省略固態影像感測器120~130的部分部件。
如第23A圖所示，兩個分光結構40設置於兩個綠色濾光區段20S中。如第23B圖所示，一個分光結構40設置於一個紅色濾光區段20R中。如第23C圖所示，一個分光結構40設置於一個藍色濾光區段20B中。如第23D圖所示，三個分光結構40設置於兩個綠色濾光區段20S和一個藍色濾光區段20B中。如第23E圖所示，三個分光結構40設置於兩個綠色濾光區段20S和一個紅色濾光區段20R中。如第23F圖所示，兩個分光結構40設置於一個紅色濾光區段20R和一個藍色濾光區段20B中。
第24圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器132的一部分的上視圖。第25圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖CS8，其可繪示固態影像感測器132的一部分。舉例來說，第25圖可為沿著第24圖中的線J-J’所繪的固態影像感測器132的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第24圖與第25圖中已省略固態影像感測器132的部分部件。
參照第24圖與第25圖，固態影像感測器132具有與第1圖中所示的固態影像感測器100類似的結構。與第1圖中所示的固態影像感測器100主要的不同之處在於，固態影像感測器132更包含輔助分光結構44，輔助分光結構44設置於分光結構40的底部。輔助分光結構44包含透明介電材料，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，輔助分光結構44包含至少一種不同於分光結構40的材料，且輔助分光結構44的折射率介於約1至約1.65之間。
在一些實施例中，從固態影像感測器132的上視圖(例如，第24圖)中，輔助分光結構44的輪廓為正方形，但本揭露實施例並非以此為限。換言之，從固態影像感測器132的上視圖中，輔助分光結構44的輪廓可與分光結構40的輪廓相同或類似，但本揭露實施例並非以此為限。此外，在一些實施例中，輔助分光結構44的寬度W44大於或等於分光結構40的寬度W40。舉例來說，輔助分光結構44的寬度W44可介於約70 nm至約300 nm之間。在此，輔助分光結構44的寬度W44定義為輔助分光結構44的兩個平行邊的最短距離。以固態影像感測器132(其繪示於第24圖)為例，輔助分光結構44的寬度W44定義為正方形的邊長。
如第25圖所示，在一些實施例中，輔助分光結構44的高度H44介於約50 nm至約350 nm之間。此外，如第24圖與第25圖所示，在一些實施例中，輔助分光結構44進一步設置於網格結構30的底部。亦即，輔助分光結構44可覆蓋遮光層32的至少一部分，但本揭露實施例並非以此為限。
第26圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器132’的一部分的上視圖。第27圖是根據本揭露一些其他的實施例的剖面圖CS8’，其可繪示固態影像感測器132’的一部分。舉例來說，第27圖可為沿著第26圖中的線K-K’所繪的固態影像感測器132’的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第26圖與第27圖中已省略固態影像感測器132’的部分部件。
參照第26圖與第27圖，固態影像感測器132’具有與第24圖中所示的固態影像感測器132類似的結構。與第24圖中所示的固態影像感測器132主要的不同之處在於，固態影像感測器132’更包含內柱45，內柱45設置於分光結構40的底部。亦即，輔助分光結構44可覆蓋內柱45的至少一部分，但本揭露實施例並非以此為限。
在前述的實施例中，遮光層32設置於網格結構30的底部，但本揭露實施例並非以此為限。第28圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器134的一部分的上視圖。第29圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖CS9，其可繪示固態影像感測器134的一部分。舉例來說，第29圖可為沿著第28圖中的線L-L’所繪的固態影像感測器134的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第28圖與第29圖中已省略固態影像感測器134的部分部件。
參照第28圖與第29圖，固態影像感測器134具有與第1圖中所示的固態影像感測器100類似的結構。與第1圖中所示的固態影像感測器100主要的不同之處在於，固態影像感測器134不包含任何遮光層32設置於網格結構30的底部。類似地，在一些其他的實施例中，固態影像感測器134更包含內柱45，內柱45設置於分光結構40的底部(未繪示於第28圖與第29圖)。其他類似的特徵部件在此將不再重複。
第30圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器136的一部分的上視圖。第31圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖CS10，其可繪示固態影像感測器136的一部分。舉例來說，第31圖可為沿著第30圖中的線L-L’所繪的固態影像感測器136的一部分的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第30圖與第31圖中已省略固態影像感測器136的部分部件。
參照第30圖與第31圖，固態影像感測器136具有與第28圖中所示的固態影像感測器134類似的結構。與第28圖中所示的固態影像感測器134主要的不同之處在於，固態影像感測器136更包含輔助分光結構44，輔助分光結構44設置於分光結構40的底部。此外，如第30圖與第31圖所示，在一些實施例中，輔助分光結構44進一步設置於網格結構30的底部。
綜上所述，本揭露實施例的固態影像感測器包含分光結構，分光結構設置於彩色濾光層(的彩色濾光區段)中，其可有效地降低散射與串擾，從而改善來自固態影像感測器的光電轉換元件的影像訊號的品質。
以上概述數個實施例的部件，以便在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者可以更理解本揭露實施例的觀點。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應該理解，他們能以本揭露實施例為基礎，設計或修改其他製程和結構以達到與在此介紹的實施例相同之目的及/或優勢。在本揭露所屬技術領域中具有通常知識者也應該理解到，此類等效的結構並無悖離本揭露的精神與範圍，且他們能在不違背本揭露之精神和範圍之下，做各式各樣的改變、取代和替換。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外，雖然本揭露已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。
整份說明書對特徵、優點或類似語言的引用，並非意味可以利用本揭露實現的所有特徵和優點應該或者可以在本揭露的任何單個實施例中實現。相對地，涉及特徵和優點的語言被理解為其意味著結合實施例描述的特定特徵、優點或特性包括在本揭露的至少一個實施例中。因而，在整份說明書中對特徵和優點以及類似語言的討論可以但不一定代表相同的實施例。
再者，在一個或多個實施例中，可以任何合適的方式組合本揭露的所描述的特徵、優點和特性。根據本文的描述，相關領域的技術人員將意識到，可在沒有特定實施例的一個或多個特定特徵或優點的情況下實現本揭露。在其他情況下，在某些實施例中可辨識附加的特徵和優點，這些特徵和優點可能不存在於本揭露的所有實施例中。
100,102,104,106,108,110,110’,112,112’,114,116,118,120,122,124,126,128,130,132,132’,134,136:固態影像感測器 10:半導體基板 11,11B,11R:光電轉換元件 13:隔離結構 13S1:第一隔離區段 13S2:第二隔離區段 20:彩色濾光層 20SB:藍色濾光區段 20SG:綠色濾光區段 20SR:紅色濾光區段 30:網格結構 32:遮光層 40,40’,40’’:分光結構 41:第一部分 42:第二部分 44:輔助分光結構 45:內柱 50:聚光結構 A-A’,B-B’,C-C’,D-D’,E-E’,F-F’,G-G’,H-H’,I-I’,J-J’,K-K’,L-L’:線 C13S1:第一隔離區段的中心軸 C13S2:第二隔離區段的中心軸 C30:網格結構的中心軸 C40,C40’,C40’’:分光結構的中心軸 CS1,CS2,CS3,CS3’,CS4,CS4’,CS5,CS6,CS7,CS8,CS8’,CS9:剖面圖 d1,d2,d2’:距離 L:入射光 L1,L2光 H20:彩色濾光層的高度 H30:網格結構的高度 H32:遮光層的高度 H40:分光結構的高度 H44:輔助分光結構的高度 H45:內柱的高度 S1,S2,S2’:位移 W40:分光結構的寬度 W44:輔助分光結構的寬度 W45:內柱的寬度 θ:夾角
以下將配合所附圖式詳述本揭露實施例。應注意的是，各種特徵部件並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，元件的尺寸可能經放大或縮小，以清楚地表現出本揭露實施例的技術特徵。 第1圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第2圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第3圖是入射光的能量場分佈示意圖。 第4圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第5圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第6圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第7圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第8圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第9圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第10圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第11圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第12圖是根據本揭露一些其他的實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第13圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第14圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第15圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第16圖是根據本揭露一些其他的實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第17圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第18圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第19圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第20圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第21圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第22圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第23A~23F圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第24圖是根據本揭露一些實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第25圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第26圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第27圖是根據本揭露一些其他的實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第28圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第29圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。 第30圖是根據本揭露一些其他的實施例繪示固態影像感測器的一部分的上視圖。 第31圖是根據本揭露一些實施例的剖面圖，其可繪示固態影像感測器的一部分。
10:半導體基板 11,11B,11R:光電轉換元件 13:隔離結構 13S1:第一隔離區段 13S2:第二隔離區段 20:彩色濾光層 20SB:藍色濾光區段 20SR:紅色濾光區段 30:網格結構 32:遮光層 40:分光結構 50:聚光結構 C13S1:第一隔離區段的中心軸 C13S2:第二隔離區段的中心軸 C30:網格結構的中心軸 C40:分光結構的中心軸 CS1:剖面圖 H20:彩色濾光層的高度 H30:網格結構的高度 H40:分光結構的高度

Claims (11)

  1. 一種固態影像感測器，包括：複數個光電轉換元件；一彩色濾光層，設置於該些光電轉換元件的上方，並具有一第一彩色濾光區段及一第二彩色濾光區段，該第二彩色濾光區段與該第一彩色濾光區段相鄰，其中該第一彩色濾光區段與該第二彩色濾光區段對應於不同的顏色；一分光結構，設置於該第一彩色濾光區段或該第二彩色濾光區段中；以及一網格結構，設置於該第一彩色濾光區段與該第二彩色濾光區段之間，其中該分光結構與該網格結構分離，該分光結構的寬度介於50nm至200nm之間，且該分光結構的高度與該彩色濾光層的高度的比例介於0.3至0.9之間。
  2. 如請求項1之固態影像感測器，其中該些光電轉換元件被區分為複數個第一光電轉換元件及複數個第二光電轉換元件，該第一彩色濾光區段對應於該些第一光電轉換元件，而該第二彩色濾光區段對應於該些第二光電轉換元件。
  3. 如請求項2之固態影像感測器，更包括：一隔離結構，設置於該些光電轉換元件之間，並具有複數個第一隔離區段及複數個第二隔離區段，其中該些第一隔離區段設置於該些第一光電轉換元件與該些第二光電轉換元件之間，該些第二隔離區段設置於該些第一光電轉換元件之間及該些第二光電轉換元件之間，該網格結構對應於該些第一隔離區段，而該分光結構對應於該些第二隔離區段中的至少一個。
  4. 如請求項3之固態影像感測器，其中從該固態影像感測器的一上視圖中，該分光結構與該些第二隔離區段中對應的一個重疊。
  5. 如請求項3之固態影像感測器，其中從該固態影像感測器的一上視圖中，當該分光結構的輪廓為十字形時，該分光結構與該些第二隔離區段中對應的一個偏移0~45度。
  6. 如請求項3之固態影像感測器，其中該網格結構相對於該些第一隔離區段具有一第一位移，該分光結構相對於該些第二隔離區段中對應的一個具有一第二位移，且該第一位移與該第二位移不同。
  7. 如請求項1之固態影像感測器，其中從該固態影像感測器的一上視圖中，該分光結構的輪廓為圓形、正方形或矩形。
  8. 如請求項1之固態影像感測器，其中該分光結構的折射率介於1至1.45之間，且該分光結構對應於兩個光電轉換元件或四個光電轉換元件。
  9. 如請求項1之固態影像感測器，其中該分光結構具有一第一部分及一第二部分，該第一部分設置於該第一彩色濾光區段或該第二彩色濾光區段的中心之上，而該第二部分設置於該第一彩色濾光區段或該第二彩色濾光區段的至少一個角落附近。
  10. 如請求項1之固態影像感測器，更包括：一內柱，設置於該分光結構的底部，其中該內柱包括非透明材料，該內柱的寬度介於50nm至200nm之間，而該內柱的高度小於150nm。
  11. 如請求項1之固態影像感測器，更包括： 一輔助分光結構，設置於該分光結構的底部，其中該輔助分光結構進一步設置於該網格結構的底部，該輔助分光結構包括至少一種不同於該分光結構的材料，該輔助分光結構的折射率介於1至1.65之間，該輔助分光結構的寬度大於或等於該分光結構的寬度，而該輔助分光結構的高度介於50nm至350nm之間。
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