TWI837516B - 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。固態影像感測器也包含嵌鑲圖案層，嵌鑲圖案層設置於光電轉換元件的上方。嵌鑲圖案層包含紅外光通過區段及多個彩色濾光片區段，彩色濾光片區段設置於紅外光通過區段的周圍。固態影像感測器更包含第一聚光結構，第一聚光結構設置於嵌鑲圖案層之上。紅外光通過區段與彩色濾光片區段共享第一聚光結構。
Description
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嵌鑲圖案層的固態影像感測器。
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。
近來，在傳統的固態影像感測器中，紅色像素、綠色像素和藍色像素通常排列為重複的拜耳圖案(Bayer pattern)。在一些傳統的固態影像感測器中，一個或多個彩色像素(例如，綠色像素)可由一個單位拜耳圖案中的一個紅外光像素代替。然而，當像素尺寸持續減小的同時，在影像感測器的設計和製造上仍存在各種挑戰。
舉例來說，當像素尺寸小於約1 μm時，由於低紅外光吸收，紅外光像素可能具有低紅外光靈敏度和低紅外光訊噪(signal-to-noise, S/N)比。一個大的微透鏡(micro lens)可用於提升紅外光靈敏度，但它也可能導致高通道分離(channel separation)。通道分離將使影像檢測變得困難。
在本揭露的一些實施例中，固態影像感測器包含嵌鑲圖案層。嵌鑲圖案層包含具有特定排列的紅外光通過區段及彩色濾光片區段，且聚光結構(例如，微透鏡)設置於嵌鑲圖案層之上並覆蓋嵌鑲圖案層，其可有效提升紅外光靈敏度並改善通道分離，藉此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。固態影像感測器也包含嵌鑲圖案層，嵌鑲圖案層設置於光電轉換元件的上方。嵌鑲圖案層包含紅外光通過區段及多個彩色濾光片區段，彩色濾光片區段設置於紅外光通過區段的周圍。固態影像感測器更包含第一聚光結構，第一聚光結構設置於嵌鑲圖案層之上。紅外光通過區段與彩色濾光片區段共享第一聚光結構。
在一些實施例中，嵌鑲圖案層更包含多個透明區段，透明區段設置於紅外光通過區段的四個角落。
在一些實施例中，透明區段對波長大於10 nm且小於1 mm的光的透射率超過90%。
在一些實施例中，紅外光通過區段、彩色濾光片區段與透明區段形成m×n陣列，m×n陣列具有m×n個像素空間，紅外光通過區段佔據m×n陣列的p×q個像素空間，m與n是大於或等於3的正整數，而p與q是小於m與n的正整數。
在一些實施例中，在固態影像感測器的上視圖中，嵌鑲圖案層具有至少一對稱軸。
在一些實施例中，對稱軸與紅外光通過區段的一個對角線部分重疊。
在一些實施例中，每個像素空間的寬度在0.4 μm至1 μm的範圍內。
在一些實施例中，嵌鑲圖案層更包含多個紅外光截止區段，紅外光截止區段設置於彩色濾光片層與透明區段之上。
在一些實施例中，紅外光截止區段設置於光電轉換元件與彩色濾光片區段之間，或者設置於光電轉換元件與透明區段之間。
在一些實施例中，紅外光截止區段設置於彩色濾光片區段與第一聚光結構之間，或者設置於透明區段與第一聚光結構之間。
在一些實施例中，紅外光截止區段對波長大於800 nm的光的透射率小於5%。
在一些實施例中，固態影像感測器更包含網格結構，網格結構設置於紅外光通過區段與彩色濾光區段之間。
在一些實施例中，網格結構進一步設置於彩色濾光區段之間，或其設置於彩色濾光區段與透明區段之間。
在一些實施例中，網格結構進一步設置於紅外光通過區段的內部。
在一些實施例中，在固態影像感測器的剖面圖中，網格結構被區分為多個網格區段，且每個網格區段的高度在0.5 μm至1.2 μm的範圍內。
在一些實施例中，每個網格區段的寬度在0.05 μm至0.3 μm的範圍內。
在一些實施例中，網格結構的折射率在1.1至1.5的範圍內。
在一些實施例中，第一聚光結構對應於紅外光通過層，且固態影像感測器更包含多個第二聚光結構，第二聚光結構與第一聚光結構相鄰設置。第二聚光結構對應於彩色濾光片區段或透明區段。
在一些實施例中，第一聚光結構的厚度與每個第二聚光結構的厚度不同。
在一些實施例中，紅外光通過區段對波長大於800 mm的光的透射率超過80%，而對波長小於750 mm的光的透射率小於5%。
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一第一特徵部件形成於一第二特徵部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵部件與上述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上述第一特徵部件與上述第二特徵部件之間，而使上述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，「約」、「大約」、「大致上」之用語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」、「大致上」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「大致上」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。
以下所揭露之不同實施例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。
依照光線入射在光接收單元上的方向分類，固態影像感測器大致可分為兩種類型。一種是前照式(front-side illuminated, FSI)影像感測器，其接收入射在半導體基板的正面上的光，在半導體基板的正面上形成有讀取電路的佈線層。另一種是背照式(back-side illuminated, BSI)影像感測器，其接收入射在半導體基板的背面上的光，在半導體基板的背面上沒有形成佈線層。為了彩色影像的成像，在前照式和背照式影像感測器中提供彩色濾光片層。
第1圖是顯示根據本揭露一實施例之固態影像感測器100的上視圖。第2圖是顯示沿著第1圖中的線A-A’所切之固態影像感測器100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。
固態影像感測器100可為互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器或電荷耦合元件(CCD)影像感測器，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包含半導體基板10，其例如可為晶圓或晶片，但本揭露實施例並非以此為限。多個光電轉換元件11(例如，光電二極體)可形成於半導體基板10中。
如第2圖所示，半導體基板10中的光電轉換元件11經由隔離結構13彼此隔離，隔離結構13例如為淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)區或深溝槽隔離(deep trench isolation, DTI)區，但本揭露實施例並非以此為限。可使用蝕刻製程在半導體基板10中形成溝槽，並用絕緣或介電材料填充溝槽而形成隔離結構13。入射光可輻射到半導體基板10的表面上並被光電轉換元件11所接收。
佈線層(未繪示)可形成在半導體基板10的另一表面之上，但本揭露實施例並非以此為限。佈線層可為包含埋置在多個介電層中的多條導線和導通孔(vias)的內連線結構，且佈線層可進一步包含固態影像感測器100需要的各種電路。
固態影像感測器100也可包含形成於半導體基板10(與佈線層相對)的表面之上並覆蓋光電轉換元件11的高介電常數(high-κ)膜(未繪示)及緩衝層(未繪示)。舉例來說，高介電常數膜可包含氧化鉿(HfO
2)、氧化鉿鉭(HfTaO)、氧化鉿鈦(HfTiO)、氧化鉿鋯(HfZrO)、五氧化二鉭(Ta
2O
5)、其他合適的高介電常數(high-κ)材料或其組合，但本揭露實施例並非以此為限。高介電常數膜可具有高折射率和光吸收能力。此外，緩衝層可包含氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、其他合適的絕緣材料或其組合，但本揭露實施例並非以此為限。高介電常數膜可透過例如是化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)、電漿輔助化學氣相沉積(plasma enhanced CVD, PECVD)、原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)或其他沉積技術所形成。緩衝層可透過例如是旋轉塗佈(spin-on coating)、化學氣相沉積、可流動化學氣相沉積(flowable CVD, FCVD)、電漿輔助化學氣相沉積、物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)或其他沉積技術所形成。
參照第1圖與第2圖，在一些實施例中，固態影像感測器100包含嵌鑲圖案層20，嵌鑲圖案層20設置於光電轉換元件11的上方。在一些實施例中，嵌鑲圖案層20包含紅外光通過區段20SIR及多個彩色濾光片區段(例如，藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG或紅色濾光片區段20SR)，彩色濾光片區段設置於紅外光通過區段SIR的周圍。舉例來說，如第1圖所示，紅外光通過區段SIR設置於嵌鑲圖案層20的中心，兩個綠色濾光片區段20SG設置於紅外光通過區段SIR的左側和右側，而紅色濾光片區段20SR和藍色濾光片區段20SB分別設置於紅外光通過區段SIR的上側和下側，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，紅外光通過區段SIR對波長大於約800 mm的光的透射率超過約80%，而對波長小於約750 mm的光的透射率小於約5%。此外，紅外光通過區段SIR可藉由沉積製程所形成，例如化學氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、分子束磊晶(molecular beam epitaxy, MBE)、液相磊晶(liquid phase epitaxy, LPE)、其他類似的沉積技術或其組合所形成，但本揭露實施例並非以此為限。
應注意的是，藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG或紅色濾光片區段20SR可被其他的彩色濾光片區段所取代。舉例來說，嵌鑲圖案層20也可包含白色濾光片區段、青色(cyan)濾光片區段、洋紅色(magenta)濾光片區段或黃色濾光片區段，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包含聚光結構31，聚光結構31設置於嵌鑲圖案層20之上，用以會聚入射光。在一些實施例中，紅外光通過區段20SIR與彩色濾光片區段(例如，藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG或紅色濾光片區段20SR)共享聚光結構31。舉例來說，聚光結構31的中心可對應於紅外光通過區段20SIR的中心。更詳細而言，當嵌鑲圖案層20位於固態影像感測器100的中央區域(例如，第1圖)，聚光結構31的中心軸可與紅外光通過區段20SIR的中心軸重疊，但本揭露實施例並非以此為限。當嵌鑲圖案層20位於固態影像感測器100的周圍(或邊緣)區域(未繪示)，聚光結構31的中心軸相對於紅外光通過區段20SIR的中心軸可具有偏移。
舉例來說，聚光結構31可包含透明材料，例如：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。此外，聚光結構31可透過光阻熱回流法(photoresist reflow method)、熱壓成型法(hot embossing method)、其他合適的方法或其組合所形成，但本揭露實施例並非以此為限。形成聚光結構31的步驟可包含旋轉塗佈製程、微影製程、蝕刻製程、其他合適的製程或其組合，但本揭露實施例並非以此為限。
聚光結構31可為微透鏡(micro-lens)結構，例如半凸透鏡或凸透鏡，但本揭露實施例並非以此為限。舉例來說，聚光結構31可為微角錐(micro-pyramid)結構(例如，圓錐、四角錐等)，或者其可為微梯形(micro-trapezoidal)結構(例如，平頂圓錐、平頂四角錐等)。或者，聚光結構31可為折射率漸變(gradient-index)結構。
如第1圖所示，在一些實施例中，嵌鑲圖案層20更包含多個透明區段20ST，透明區段20ST置於紅外光通過區段20SIR的四個角落。舉例來說，透明區段20ST可包含透明材料，例如：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。在一些實施例中，透明區段20ST對波長大於約10 nm且小於約1 mm的光的透射率超過約90%。
在一些實施例中，紅外光通過區段20SIR、彩色濾光片區段(例如，藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG或紅色濾光片區段20SR)與透明區段20ST形成m×n陣列，m×n陣列具有m×n個像素空間，且紅外光通過區段20SIR佔據m×n陣列的p×q個像素空間，其中m與n是大於或等於3的正整數，而p與q是小於m與n的正整數。舉例來說，如第1圖所示，紅外光通過區段20SIR、藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG、紅色濾光片區段20SR與透明區段20ST可形成3×3陣列，3×3陣列具有3×3個像素空間，且紅外光通過區段20SIR佔據3×3陣列的一(1×1)個像素空間，但本揭露實施例並非以此為限。
如第1圖所示，紅外光通過區段20SIR、藍色濾光片區段20SB、多個綠色濾光片區段20SG、紅色濾光片區段20SR與多個透明區段20ST中的每一個可佔據一個像素空間，但本揭露實施例並非以此為限。此外，在一些實施例中，聚光結構31對應於紅外光通過區段20SIR、藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG、紅色濾光片區段20SR與透明區段20ST。亦即，紅外光通過區段20SIR、藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG、紅色濾光片區段20SR與透明區段20ST可共享相同的聚光結構31，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，如第2圖所示，固態影像感測器100包含網格結構40，網格結構40設置於紅外光通過區段20SIR與彩色濾光區段(例如，藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG、紅色濾光片區段20SR)之間。在一些實施例中，網格結構40進一步設置於彩色濾光區段與透明區段20ST之間(例如，介於藍色濾光片區段20SB與透明區段20ST之間、介於綠色濾光片區段20SG與透明區段20ST之間、或者介於紅色濾光片區段20SR與透明區段20ST之間)。
網格結構40可包含透明介電材料。在一些實施例中，網格結構40的折射率在約1.1至約1.5的範圍內。此外，網格結構40的折射率可低於藍色濾光片區段20SB的折射率、綠色濾光片區段20SG的折射率及紅色濾光片區段20SR的折射率，但本揭露實施例並非以此為限。
如第2圖所示，網格結構40在固態影像感測器100的剖面圖中可被區分為多個網格區段40S。在一些實施例中，如第2圖所示，每個網格區段40S的高度H40在約0.5 μm至約1.2 μm的範圍內。在一些實施例中，如第2圖所示，每個網格區段40S的寬度W40在約0.05 μm至約0.3 μm的範圍內。
在一些實施例中，如第2圖所示，嵌鑲圖案層20更包含多個紅外光截止區段20SC，紅外光截止區段20SC設置於彩色濾光片區段(例如，綠色濾光片區段20SG)之上。在一些實施例中，紅外光截止區段20SC也設置於透明區段20ST(未繪示於第2圖)之上。紅外光截止區段20SC可為選擇性的紅外光濾光片，其僅阻隔特定波長(例如，大於約800 nm的波長)的紅外光，或者阻隔整個紅外波段的紅外光。在一些實施例中，紅外光截止區段20SC對波長大於約800 nm的光的透射率小於約5%。
在一些實施例中，如第2圖所示，紅外光截止區段20SC設置於光電轉換元件11與綠色濾光片區段20SG之間。亦即，紅外光截止區段20SC可設置於綠色濾光片區段20SG的下方，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，紅外光截止區段20SC設置於光電轉換元件11與透明區段20ST(未繪示於第2圖)之間。亦即，紅外光截止區段20SC可設置於透明區段20ST的下方。此外，在一些實施例中，網格結構40設置於紅外光截止區段20SC之間。
第3圖是顯示根據本揭露一實施例之固態影像感測器102的上視圖。第4圖是顯示沿著第3圖中的線B-B’所切之固態影像感測器102的剖面圖。第5圖是顯示沿著第3圖中的線C-C’所切之固態影像感測器102的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第3圖、第4圖與第5圖中已省略固態影像感測器102的部分部件。
固態影像感測器102包含多個光電轉換元件11。固態影像感測器102也包含嵌鑲圖案層20，嵌鑲圖案層20設置於光電轉換元件11的上方。嵌鑲圖案層20包含紅外光通過區段20SIR及多個藍色濾光片區段20SB、多個綠色濾光片區段20SG、多個紅色濾光片區段20SR，藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG與紅色濾光片區段20SR設置於紅外光通過區段20SIR的周圍。固態影像感測器102更包含聚光結構31，聚光結構31設置於嵌鑲圖案層20之上。紅外光通過區段20SIR與彩色濾光片區段(例如，藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG或紅色濾光片區段20SR)共享聚光結構31。
此外，固態影像感測器102的嵌鑲圖案層20更包含多個透明區段20ST，透明區段20ST置於紅外光通過區段21SIR的四個角落。舉例來說，如第3圖所示，紅外光通過區段20SIR、藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG、紅色濾光片區段20SR與透明區段20ST可形成4×4陣列，4×4陣列具有4×4個像素空間，且紅外光通過區段20SIR佔據4×4陣列的2×2個像素空間，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，在如第3圖所示的固態影像感測器102的上視圖中，4×4陣列的每個像素空間的寬度P在約0.4 μm至約1 μm的範圍內。在此，寬度P可定義為每個像素空間沿X方向或Y方向的寬度。此外，每個像素空間沿X方向和Y方向的寬度可不同。
更詳細而言，在如第3圖所示的固態影像感測器102的上視圖中，綠色濾光片區段20SG和紅色濾光片區段20SR可設置於紅外光通過區段SIR的上側，藍色濾光片區段20SB和綠色濾光片區段20SG可設置於紅外光通過區段SIR的下側，綠色濾光片區段20SG和藍色濾光片區段20SB可設置於紅外光通過區段SIR的左側，而紅色濾光片區段20SR和綠色濾光片區段20SG可設置於紅外光通過區段SIR的右側，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，在固態影像感測器102的上視圖中，嵌鑲圖案層20具有至少一對稱軸(例如，第3圖中所示的對稱軸S)。舉例來說，如第3圖所示，兩個紅色濾光片區段20SR可相對於對稱軸S彼此對稱，四個綠色濾光片區段20SG可相對於對稱軸S彼此對稱，而兩個藍色濾光片區段20SB可相對於對稱軸S彼此對稱，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，如第3圖所示，對稱軸S與紅外光通過區段20IR的一個對角線部分重疊。在一些其他的實施例中，嵌鑲圖案層20具有兩個或更多的對稱軸，這些對稱軸可不與紅外光通過區段20IR的任何對角線重疊，其取決於彩色濾光片區段的排列。
在一些實施例中，固態影像感測器102包含網格結構40，網格結構40如第4圖所示設置於紅外光通過區段20SIR與綠色濾光片區段20SG之間、設置於紅外光通過區段20SIR與紅色濾光片區段20SR之間，網格結構40也如第5圖所示設置於綠色濾光片區段20SG與紅色濾光片區段20SR之間、設置於綠色濾光片區段20SG與透明區段20ST之間且設置於紅色濾光片區段20SR與透明區段20ST之間。此外，網格結構40設置於多個紅外光截止區段20SC之間。
第6圖是顯示根據本揭露另一實施例沿著第3圖中的線C-C’所切之固態影像感測器102的剖面圖。第7圖是顯示根據本揭露又一實施例沿著第3圖中的線C-C’所切之固態影像感測器102的剖面圖。亦即，第6圖或第7圖所示的固態影像感測器102的剖面圖可取代第5圖所示的固態影像感測器102的剖面圖。
在一些實施例中，如第6圖所示，紅外光截止區段20SC設置於綠色濾光片區段20SG與聚光結構31之間、設置於紅色濾光片區段20SR與聚光結構31之間且設置於透明區段20ST與聚光結構31之間。亦即，紅外光截止區段20SC可設置於彩色濾光片區段與透明區段20ST的上方。換言之，彩色濾光片區段與透明區段20ST可設置於光電轉換元件11與紅外光截止區段20SC之間，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，如第7圖所示，紅外光截止區段20SC設置於光電轉換元件11與綠色濾光片區段20SG之間且設置於光電轉換元件11與紅色濾光片區段20SR之間。亦即，紅外光截止區段20SC可設置於綠色濾光片區段20SG與紅色濾光片區段20SR的下方，但本揭露實施例並非以此為限。此外，紅外光截止區段20SC設置於透明區段20ST與聚光結構31之間。亦即，透明區段20ST可設置於光電轉換元件11與紅外光截止區段20SC之間，但本揭露實施例並非以此為限。
第8圖是顯示根據本揭露一實施例之固態影像感測器102的另一上視圖。在一些實施例中，固態影像感測器102包含多個排列在一起的嵌鑲圖案層20。舉例來說，第8圖繪示四個嵌鑲圖案層20沿著X方向與Y方向彼此相鄰設置，但本揭露實施例並非以此為限。在固態影像感測器102中可有多於四個的嵌鑲圖案層20排列在一起。如第8圖所示，(在不同嵌鑲圖案層20中的)藍色濾光片區段20SB、綠色濾光片區段20SG、紅色濾光片區段20SR可形成多個拜耳圖案B，但本揭露實施例並非以此為限。
第9圖是顯示根據本揭露另一實施例之固態影像感測器104的剖面圖。在一些實施例中，如第9圖所示，網格結構40進一步設置於紅外光通過區段20SIR的內部(即，第9圖所示的網格區段40S1)。
在一些實施例中，如第9圖所示，聚光結構31對應於紅外光通過區段20SIR，而固態影像感測器104更包含多個聚光結構32，聚光結構32與聚光結構31相鄰設置。在一些實施例中，如第9圖所示，聚光結構32對應於彩色濾光片區段(例如，綠色濾光片區段20SG與紅色濾光片區段20SR)。此外，聚光結構32對應於透明區段20ST(未繪示於第9圖)。
在一些實施例中，聚光結構31的厚度T31與每個聚光結構32的厚度T32不同。舉例來說，如第9圖所示，聚光結構31的厚度T31可大於每個聚光結構32的厚度T32，以獲得更好的紅外光靈敏度和訊噪比，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中(未繪示)，聚光結構31的厚度T31可小於每個聚光結構32的厚度T32，其可依據實際需求調整。
綜上所述，根據本揭露一些實施例的固態影像感測器包含嵌鑲圖案層。嵌鑲圖案層包含具有特定排列的紅外光通過區段及彩色濾光片區段，且聚光結構設置於嵌鑲圖案層之上並覆蓋嵌鑲圖案層，其可有效提升紅外光靈敏度並改善通道分離，藉此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:固態影像感測器
11:光電轉換元件
13:隔離結構
20:嵌鑲圖案層
20SB:藍色濾光片區段
20SC:紅外光截止區段
20SG:綠色濾光片區段
20SIR:紅外光通過區段
20SR:紅色濾光片區段
20ST:透明區段
31,32:聚光結構
40:網格結構
40S:網格區段
A-A’,B-B’,C-C’:線
B:拜耳圖案
H40:高度
S:對稱軸
T31,T32:厚度
W40:寬度
X,Y,Z:坐標軸
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圖是顯示根據本揭露一實施例之固態影像感測器的上視圖。
第2圖是顯示沿著第1圖中的線A-A’所切之固態影像感測器的剖面圖。
第3圖是顯示根據本揭露一實施例之固態影像感測器的上視圖。
第4圖是顯示沿著第3圖中的線B-B’所切之固態影像感測器的剖面圖。
第5圖是顯示沿著第3圖中的線C-C’所切之固態影像感測器的剖面圖。
第6圖是顯示根據本揭露另一實施例沿著第3圖中的線C-C’所切之固態影像感測器的剖面圖。
第7圖是顯示根據本揭露又一實施例沿著第3圖中的線C-C’所切之固態影像感測器的剖面圖。
第8圖是顯示根據本揭露一實施例之固態影像感測器的另一上視圖。
第9圖是顯示根據本揭露另一實施例之固態影像感測器的剖面圖。
100:固態影像感測器
20:嵌鑲圖案層
20SB:藍色濾光片區段
20SG:綠色濾光片區段
20SIR:紅外光通過區段
20SR:紅色濾光片區段
20ST:透明區段
31:聚光結構
A-A’:線
X,Y:坐標軸
Claims (12)
- 一種固態影像感測器，包括：複數個光電轉換元件；一嵌鑲圖案層，設置於該些光電轉換元件的上方，其中該嵌鑲圖案層包括一紅外光通過區段及複數個彩色濾光片區段，該些彩色濾光片區段設置於該紅外光通過區段的周圍；一第一聚光結構，設置於該嵌鑲圖案層之上，其中該紅外光通過區段與該些彩色濾光片區段共享該第一聚光結構，且該第一聚光結構的中心對應於該紅外光通過區段的中心。
- 一種固態影像感測器，包括：複數個光電轉換元件；一嵌鑲圖案層，設置於該些光電轉換元件的上方，其中該嵌鑲圖案層包括一紅外光通過區段及複數個彩色濾光片區段，該些彩色濾光片區段設置於該紅外光通過區段的周圍；一第一聚光結構，設置於該嵌鑲圖案層之上，其中該紅外光通過區段與該些彩色濾光片區段共享該第一聚光結構，且該第一聚光結構的中心對應於該紅外光通過區段的中心，其中該嵌鑲圖案層更包括複數個透明區段，該些透明區段設置於該紅外光通過區段的四個角落，且該些透明區段對波長大於10nm且小於1mm的光的透射率超過90%。
- 如請求項2之固態影像感測器，其中該紅外光通過區段、該些彩色濾光片區段與該些透明區段形成一m×n陣列，該m×n陣列具有m×n個像素空間，該紅外光通過區段佔據該m×n陣列的p×q個像素空間，m與n是大於或等於3的正整數，而p與q是小於 m與n的正整數。
- 如請求項3之固態影像感測器，其中在該固態影像感測器的一上視圖中，該嵌鑲圖案層具有至少一對稱軸，該至少一對稱軸與該紅外光通過區段的一個對角線部分重疊，且該m×n個像素空間中的每個像素空間的寬度在0.4μm至1μm的範圍內。
- 如請求項2之固態影像感測器，其中該嵌鑲圖案層更包括複數個紅外光截止區段，該些紅外光截止區段設置於該些彩色濾光片層與該些透明區段之上，且該些紅外光截止區段對波長大於800nm的光的透射率小於5%。
- 如請求項5之固態影像感測器，其中該些紅外光截止區段設置於該些光電轉換元件與該些彩色濾光片區段之間，或者設置於該些光電轉換元件與該些透明區段之間。
- 如請求項5之固態影像感測器，其中該些紅外光截止區段設置於該些彩色濾光片區段與該第一聚光結構之間，或者設置於該些透明區段與該第一聚光結構之間。
- 如請求項2之固態影像感測器，更包括：一網格結構，設置於該紅外光通過區段與該些彩色濾光區段之間，其中該網格結構的折射率在1.1至1.5的範圍內。
- 如請求項8之固態影像感測器，其中該網格結構進一步設置於該些彩色濾光區段之間，或設置於該些彩色濾光區段與該些透明區段之間，且該網格結構進一步設置於該紅外光通過區段的內部。
- 如請求項8之固態影像感測器，其中在該固態影 像感測器的一剖面圖中，該網格結構被區分為複數個網格區段，每該網格區段的高度在0.5μm至1.2μm的範圍內，且每該網格區段的寬度在0.05μm至0.3μm的範圍內。
- 如請求項2之固態影像感測器，其中該第一聚光結構對應於該紅外光通過層，且該固態影像感測器更包括：複數個第二聚光結構，與該第一聚光結構相鄰設置，其中該些第二聚光結構對應於該些彩色濾光片區段或該些透明區段，且該第一聚光結構的厚度與每該第二聚光結構的厚度不同。
- 如請求項1之固態影像感測器，其中該紅外光通過區段對波長大於800mm的光的透射率超過80%，而對波長小於750mm的光的透射率小於5%。
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| TW202013760A (zh) | 2018-09-26 | 2020-04-01 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 影像感測器封裝及其製造方法 |
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW202013760A (zh) | 2018-09-26 | 2020-04-01 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 影像感測器封裝及其製造方法 |
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