影像感测器的制作方法

本发明主要关于一种影像感测器，特别涉及一种具有滤光单元以及环绕于滤光单元的格状结构的影像感测器。

背景技术：

一般而言，数码相机利用了影像感测器来感测光线以及产生一影像信号，且依据影像信号产生数码相机所拍摄的画面。

随着数码相机的发展，对于影像信号的品质具有越来越高的要求。使用了背照式(BSI,backside illumination)技术的影像感测器可具有光导管结构以引导光线照射至光电二极管。上述背照式影像感测器具有较高的光敏度以及影像品质。

然而，虽然目前的影像感测器符合了其使用的目的，但尚未满足许多其他方面的要求。因此，需要提供影像感测器的改进方案。

技术实现要素：

本发明提供了改进了影像信号的品质的影像感测器。

本发明提供了一种影像感测器，包括一感测层、多个滤光单元、以及一格状结构。滤光单元设置于感测层上。格状结构设置于感测层上且环绕每一滤光单元。格状结构包括一第一分隔墙，设置于感测层，且位于两相邻的滤光单元之间、以及一第二分隔墙，设置于第一分隔墙，且位于上述两相邻的滤光单元之间。第一分隔墙的一第一折射率小于第二分隔墙的一第二折射率。

本发明提供了一种影像感测器，包括一感测层、多个滤光单元、以及一格状结构。滤光单元设置于感测层上。格状结构设置于感测层且环绕每一滤光单元。格状结构包括一第一分隔墙，设置于感测层上，且位于两相邻的滤光单元之间、以及一第二分隔墙，设置于第一分隔墙，且位于两相邻的滤光单元之间。

再者，第一分隔墙的一第一横截面以及第二分隔墙的一第二横截面为矩形或是梯形，且第一分隔墙的一第一宽度大于第二分隔墙的一第二宽度，且第一宽度和第二宽度于平行于感测层之一横向上被测量。

综上所述，通过影像感测器的格状结构，降低了影像感测器的光互扰噪声。此外，部分进入格状结构的光线被引导至滤光单元，加强了滤光单元的信号强度，进而增进了影像感测器的影像品质。

附图说明

图1为本发明的第一实施例的影像感测器的示意图。

图2为图1中的AA剖面线的剖面图。

图3A为本发明的影像感测器的一横截面上以520nm的光束使用时域有限差分(Finite-difference time-domain,FDTD)模拟方法的电场分布图。

图3B为现有的影像感测器的一横截面上以520nm的光束使用相同的时域有限差分模拟方法的电场分布图。

图4为本发明的影像感测器与现有的影像感测器的QE光谱图。

图5为本发明的第二实施例的影像感测器的示意图。

图6为本发明的第三实施例的影像感测器的示意图。

图7为本发明的第四实施例的影像感测器的示意图。

图8为本发明的第五实施例的影像感测器的示意图。

图9为本发明的第六实施例的影像感测器的示意图。

其中，附图标记说明如下：

影像感测器1

感测层10

基材11

感测单元12、12a、12b

抗反射层13

滤光单元20

红色滤光单元20a

绿色滤光单元20b

蓝色滤光单元20c

顶面21

底部22

上部23

微透镜30

格状结构40

分隔墙41、42、43

顶面411、421、431

侧面412、422、432

第一覆盖元件44

第一覆盖表面441

第二覆盖元件45

第二覆盖表面451

光束B1、B2、B3、B4

横向D1

参考平面P1

宽度W1、W2、W3

具体实施方式

以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。例如，第一特征在一第二特征上或上方的结构的描述包括了第一和第二特征之间直接接触，或是以另一特征设置于第一和第二特征之间，以致于第一和第二特征并不是直接接触。

此外，本说明书于不同的例子中沿用了相同的元件标号及/或文字。前述的沿用仅为了简化以及明确，并不表示于不同的实施例以及设定之间必定有关联。再者，附图中的形状、尺寸或是厚度可能为了清楚对其进行说明目的而未依照比例绘制或是被简化，仅提供对其进行说明用。

图1为本发明的第一实施例的影像感测器1的示意图。图2为图1中的AA剖面线的剖面图。影像感测器1用以侦测一影像。影像感测器1可应用于一影像装置，例如一数码相机。影像感测器1的种类可具有多种。于一些实施例中，影像感测器1可为互补式金属氧化物半导体(CMOS，Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)感测器。于一些实施例中，影像感测器1为一背照式(BSI，backside illumination)CMOS感测器。

影像感测器1包括一感测层10、多个滤光单元20、一微透镜阵列30、以及一格状结构40。感测层10沿一参考平面P1延伸。感测层10用以侦测入射光，且根据照射于感测层10的光线产生一影像信号。

感测层10可包括所有下列的元件，但只要能达到感测层10的使用目的，可不需要包括所有下列的元件。感测层10包括一基材11、多个感测单元12、以及一抗反射层13。于一些实施例中，感测层10还包括其他光学层(图未示)。

感测单元12可设置于基材11上。感测单元12于一参考平面P1上的一感测阵列。于一些实施例中，感测单元12为光二极管。每一感测单元12用以感测光线且根据照射于其上的光线的强度产生一强度信号。影像信号由这些强度信号所形成。

抗反射层13设置于基材11上。抗反射层13用以降低照射于感测单元12的光的反射。于一些实施例中，抗反射层13平行于感测层10。

滤光单元20设置于感测层10的抗反射层13上。滤光单元20排列于平行于参考平面P1的一平面上的一滤光阵列。每一滤光单元20设置于感测单元12中的一者上。

每一滤光单元20可允许于一预定范围内之波长的光线通过。于一些实施例中，滤光单元20为彩色滤光单元。滤光单元20包括多个红色滤光单元20a、多个绿色滤光单元20b以及多个蓝色滤光单元20c。红色滤光单元20a、绿色滤光单元20b以及蓝色滤光单元20c交错排列于滤光阵列。

红色滤光单元20a允许波长为620nm至750nm(红光)的范围内的光线通过至感测单元12。绿色滤光单元20b允许波长为495nm至570nm(绿光)的范围内的光线通过至感测单元12。蓝色滤光单元20c允许波长为476nm至495nm(蓝光)的范围内的光线通过至感测单元12。

每一微透镜30设置于滤光单元20中的一者上。微透镜30排列于平行于参考平面P1的平面上的一微透镜阵列。微透镜30用以将光线聚焦于感测单元12。

格状结构40连接且环绕于每一滤光单元20。此外，格状结构40设置于感测层10上，且平行于参考平面P1。格状结构40用以反射于滤光单元20内的光线至感测单元12。

于一些实施例中，格状结构40的折射率小于滤光单元20的折射率，且因此滤光单元20以及格状结构40形成光管结构，用以引导光线至感测单元12。于一些实施例中，格状结构40的折射率约为1.2至1.5的范围之间。滤光单元20的折射率约为1.7至3.2的范围之间。

格状结构40包括至少二层相互叠置的分隔墙。于此实施例中，格状结构40包括三层分隔墙41、42、43。分隔墙41、42、43位于两相邻的滤光单元20之间。分隔墙41设置于感测层10上，分隔墙42设置于分隔墙41上，且分隔墙43设置于分隔墙42上。

分隔墙41具有相反于感测层10的顶面411。顶面411被分隔墙42以及两相邻的滤光单元20所覆盖。于一些实施例中，顶面411接触分隔墙42以及两相邻的滤光单元20。

分隔墙42具有相反于分隔墙41的一顶面421。顶面421被分隔墙43以及两相邻的滤光单元20所覆盖。于一些实施例中，顶面421接触分隔墙43以及两相邻的滤光单元20。

分隔墙43具有相反于分隔墙42的一顶面431。于此实施例中，分隔墙43(或是格状结构40)的顶面431以及滤光单元20的顶面位于平行于参考平面P1的相同的平面上。分隔墙43(或是格状结构40)的顶面被微透镜30所覆盖。微透镜30的边缘接触分隔墙43(或是格状结构40)的顶面431。

分隔墙41、42、43的横截面为矩形或是梯形。于此实施例中，分隔墙41、42、43的横截面为矩形。分隔墙41、42、43的横截面垂直于感测层10，且于平行于感测层10的一横向D1上。

此外，分隔墙41的横截面的面积大于分隔墙42的横截面的面积。分隔墙42的横截面的面积大于分隔墙43的横截面的面积。

于此实施例中，分隔墙41的宽度大于分隔墙42的宽度W2。分隔墙42的宽度W2大于分隔墙43的宽度W3。宽度W1、W2、W3于平行于感测层10的横向D1上被测量。

于一些实施例中，宽度W1约为150nm至200nm的范围之间。宽度W2约为100nm至150nm的范围之间。宽度W3约为50nm至100nm的范围之间。于一些实施例中，宽度W1约为宽度W2的1.1倍至2倍之间。于一些实施例中，宽度W2约为宽度W3的1.1倍至2倍之间。

于一些实施例中，分隔墙41、42、43的折射率相同。于一些实施例中，分隔墙41、42、43的折射率约为1.2至1.5的范围之间。

分隔墙41的折射率小于分隔墙42的折射率。分隔墙42的折射率小于分隔墙43的折射率。换句话说，分隔墙41、42、43(或是格状结构40)的折射率从微透镜30至感测层10逐渐递减。

于一些实施例中，分隔墙41的折射率约为1.2至1.35的范围之间。分隔墙42的折射率约为1.25至1.45的范围之间。分隔墙43的折射率约为1.35至1.5的范围之间。此外，分隔墙43的折射率小于滤光单元20的折射率。

于一些实施例中，滤光单元20以及格状结构40符合下列的公式：Ncf X Dcf＝ΣNeffm X Dm。Ncf为滤光单元20的有效折射率(effect refractive index)，Dcf为滤光单元20的厚度，Neffm为分隔墙41、42、43中的一者的有效折射率，以及Dm为分隔墙41、42、43中的一者的厚度。当滤光单元20以及格状结构40符合所述的公式时，增进了滤光单元20中的波导效应(waveguide effect)以及光线通过滤光单元20的量。

如图1所示，当光束B1照射于影像感测器1，光束B1通过微透镜30以及滤光单元20至感测单元12。光束B1经由微透镜30聚焦。每一滤光单元20允许光束B1中特定范围内的波长通过。每一感测单元12根据照射于其上的光束B1的强度产生一强度信号，且影像信号经由强度信号形成。

于一些实施例中，通过滤光单元20b的光束B2可能照射至滤光单元20a下的相邻的滤光单元20a。然而，通过格状结构40的结构及/或折射率，光束B2可被格状结构40的分隔墙42所反射。

此外，通过滤光单元20a的光束B3可能照射至滤光单元20b下的相邻的滤光单元20b。通过格状结构40的结构及/或折射率，光束B3可被分隔墙41的顶面411所反射。因此，可减少影像感测器1的光互扰噪声(optical cross talk)，进而提升影像感测器1的影像品质。

再者，光束B4可能进入格状结构40。通过分隔墙41、42、43的结构及/或折射率，部分光束B4可被分隔墙42的顶面421所反射，并被导向进入滤光单元20b。部分光束B4可被分隔墙41的顶面411所反射，且被导向进入滤光单元20b。

因此，可增加通过滤光单元20至感测单元12的光量，且加强感测单元12的信号强度。再者，格状结构40的漏光(light-leakage)程度可被降低，且增进了滤光单元20内的波导效应以及通过滤光单元20的光量。据此，影像感测器1的影像品质可被加强。

如图3A以及图3B所示，于绿色滤光单元20b以及感测单元12b的区域中的电场强度(electric field intensity)相较于图3B中的现有的影像感测器所对应的区域更为明显。此外，于红色滤光单元20a以及感测单元12a的区域中的电场分布(electrical field distribution)为衰退的(declined)，因此降低了影像感测器1的光互扰噪声。

如图4所示，根据量子效应(Quantum Efficiency,QE)光谱，本发明的影像感测器1的感光度(sensitivity)以及光互扰噪声具有显著地进步。影像感测器1的QE R-peak相对于现有的影像感测器增加了约8％，且影像感测器1的QE G-peak相对于现有的影像感测器1增加了约2％。再者，影像感测器1的光互扰噪声于535nm的波长上相对于现有的影像感测器增减少了约5％。本发明的影像感测器1的信号对噪声比(Signal to Noise Ratio,SNR)10相对于现有的影像感测器增进了约4Lux。

图5为本发明的第二实施例的影像感测器1的示意图。于此实施例中，格状结构40包括两层的分隔墙41、42。分隔墙42(或是格状结构40)的顶面421与两相邻的滤光单元20的顶面21相互间隔。换句话说，分隔墙42的顶面421完全接触两相邻之滤光单元20。

图6为本发明的第三实施例的影像感测器1的示意图。于此实施例中，格状结构40还包括一或多个覆盖元件。于一些实施例中，格状结构40包括一第一覆盖元件44以及一第二覆盖元件45。

第一覆盖元件44位于分隔墙41、42、43以及邻接于第一覆盖元件44的滤光单元20之间。于此实施例中，第一覆盖元件44位于分隔墙41、42、43以及第二覆盖元件45之间。第一覆盖元件44包括相对于感测层10倾斜的一第一覆盖表面441。于一些实施例中，第一覆盖表面441为一平面。第一覆盖表面441与感测层10的夹角约为70度至95度的范围之间。

第二覆盖元件45位于第一覆盖元件44与邻接于第二覆盖元件45的滤光单元20之间。于此实施例中，第二覆盖元件45接触滤光单元20以及第一覆盖元件44。第二覆盖元件45包括相对于感测层10倾斜的一第二覆盖表面451。于一些实施例中，第二覆盖表面为一平面。

第二覆盖表面451与感测层10之间的夹角约为60度至90度的范围之间。于一些实施例中，第二覆盖表面451相对于感测层10的斜率大于第一覆盖表面441相对于感测层10的斜率。

第一覆盖元件44的折射率小于分隔墙41的折射率。第二覆盖元件45的折射率小于第一覆盖元件44的折射率。举例而言，第一覆盖元件44的折射率约为1.25至1.32的范围之间。第二覆盖元件45的折射率约为1.2至1.27的范围之间。

于一些实施例中，可省略第二覆盖元件45。第一覆盖元件44接触接触滤光单元20。

通过覆盖元件44、45的结构，降低了格状结构40的漏光程度，且增进了滤光单元20内的波导效应以及通过滤光单元20的光量，因此可增进影像感测器1的影像品质。

图7为本发明的第四实施例的影像感测器1的示意图。于此实施例中，分隔墙41、42、43的横截面为梯形。分隔墙41具有接触滤光单元20的两侧面412。侧面412相对于感测层10倾斜。于一些实施例中，侧面412为平面。侧面412以分隔墙41的中央对称。

分隔墙42具有接触滤光单元20的两侧面422。侧面422相对于感测层10倾斜。于一些实施例中，侧面422为平面。侧面422以分隔墙42的中心对称。

分隔墙43具有接触滤光单元20的两侧面432。侧面432相对于感测层10倾斜。于一些实施例中，侧面432为平面。侧面432以分隔墙43为中心对称。

侧面412相对于感测层10的斜率大于侧面422相对于感测层10的斜率。侧面422相对于感测层10的斜率大于侧面432相对于感测层10的斜率。

举例而言，侧面412的延伸与感测层10之间的夹角约为50度至70度的范围之间。侧面422的延伸与感测层10之间的夹角约为60度至80度的范围之间。侧面432的延伸与感测层10之间的夹角约为70度至90度的范围之间。

通过分隔墙41、42、43的结构与斜率，降低了格状结构40的漏光程度，且增进了滤光单元20内的波导效应以及光线通过滤光单元20的量，进而增进了影像感测器1的影像品质。

图8为本发明的第五实施例的影像感测器1的示意图。于此实施例中，分隔墙41的宽度W1等于分隔墙42的宽度W2。分隔墙42的宽度W2等于分隔墙43的宽度W3。此外，分隔墙41的折射率小于分隔墙42的折射率。分隔墙42的折射率小于分隔墙43的折射率。

通过分隔墙41、42、43的宽度与折射率，降低了格状结构40的漏光程度，且增进了滤光单元20内的波导效应以及光线通过滤光单元20的量，因此可增进影像感测器1的影像品质。

图9为本发明的第六实施例的影像感测器1的示意图。每一滤光单元20包括多个相互叠置的部分(底部22、上部23)。于此实施例中，每一滤光单元20包括一底部22以及一上部23。底部22设置于感测层10上，且上部23设置于底部22上。

分隔墙41、42、43的折射率小于上部23的折射率。上部23的折射率小于底部22的折射率。换句话说，滤光单元20的折射率逐渐由感测层10至微透镜30逐渐递减。于一些实施例中，上部23折射率约为1.7至2.5的范围之间。底部22的折射率约为2.5至3.2的范围之间。

于一些实施例中，滤光单元20以及格状结构40符合下列的公式：ΣNcfn X Dcfn＝ΣNeffm X Dm。上述的Ncfn为滤光单元20的多个部分(底部22、上部23)中的一者的有效折射率，Dcfn为部分(底部22、上部23)中的一者的厚度，Neffm为分隔墙41、42、43中的一者的有效折射率，以及Dm为分隔墙41、42、43中的一者的厚度。当滤光单元20以及格状结构40符合上述的公式时，增进了滤光单元20内的波导效应以及光线通过滤光单元20的量。

通过滤光单元20以及格状结构40的结构与折射率，降低了格状结构40的漏光程度，且增进了滤光单元20内的波导效应以及光线通过滤光单元20的量，因此可增进影像感测器1的影像品质。

综上所述，通过影像感测器的格状结构，降低了影像感测器的光互扰噪声。此外，部分进入格状结构的光线被引导至滤光单元，加强了滤光单元的信号强度，进而增进了影像感测器1的影像品质。

上述已公开之特征能以任何适当方式与一或多个已公开的实施例相互组合、修饰、置换或转用，并不限定于特定的实施例。

本发明虽以各种实施例公开如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何熟习此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的变动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。