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TWI790719B - 影像感測器及形成影像感測器的方法 - Google Patents

影像感測器及形成影像感測器的方法 Download PDF

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TWI790719B
TWI790719B TW110130698A TW110130698A TWI790719B TW I790719 B TWI790719 B TW I790719B TW 110130698 A TW110130698 A TW 110130698A TW 110130698 A TW110130698 A TW 110130698A TW I790719 B TWI790719 B TW I790719B
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劉銘棋
黃宏書
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

在一些實施例中，本公開是有關於一種影像感測器，影像 感測器包括：半導體基底；多個光電二極體，設置在半導體基底內；以及深溝渠隔離結構，將所述多個光電二極體彼此分隔且界定與所述多個光電二極體對應的多個畫素區。所述多個畫素區包括對光譜的第一區敏感的第一畫素區、對光譜的第二區敏感的第二畫素區及對光譜的第三區敏感的第三畫素區。第一畫素區小於第二畫素區或第三畫素區。

Description

影像感測器及形成影像感測器的方法
本發明實施例是有關於一種影像感測器及形成影像感測器的方法。
許多當今的電子裝置(例如，數位照相機及攝影機)含有影像感測器以將光學影像轉換成數位資料。為了實現這一點，影像感測器包括畫素區陣列。每一畫素區含有被配置成俘獲光學訊號(例如，光)並將光學訊號轉換成數位資料(例如，數位影像)的光電二極體。互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感測器常常被用在電荷耦合裝置(charge-coupled device，CCD)影像感測器之上，這是因為CMOS影像傳感器具有許多優點，例如功耗更低、資料處理更快及製造成本更低。
根據本發明的實施例，一種影像感測器包括：半導體基底；多個光電二極體，設置在所述半導體基底內；以及深溝渠隔離結構，將所述多個光電二極體彼此分隔且界定與所述多個光電二 極體對應的多個畫素區。所述多個畫素區包括對光譜的第一區敏感的第一畫素區、對所述光譜的第二區敏感的第二畫素區及對所述光譜的第三區敏感的第三畫素區。所述第一畫素區小於所述第二畫素區或所述第三畫素區。
根據本發明的實施例，一種形成影像感測器的方法包括：在半導體基底中形成多個光電二極體；向所述半導體基底的背側中形成將所述多個光電二極體對應地分隔成多個畫素區的深溝渠隔離結構；以及在所述半導體基底之上形成濾光片陣列，使得每一濾光片直接上覆在所述多個光電二極體中的對應的光電二極體上。所述多個畫素區包括對光譜的第一區敏感的第一畫素區、對所述光譜的第二區敏感的第二畫素區及對所述光譜的第三區敏感的第三畫素區。當從上方觀察時，所述第一畫素區中的所述濾光片陣列中的濾光片具有比所述第二畫素區或所述第三畫素區中的所述濾光片陣列中的濾光片小的面積。
根據本發明的實施例，一種影像感測器包括：半導體基底；多個光電二極體，設置在所述半導體基底內；深溝渠隔離結構，將所述多個光電二極體分隔；以及金屬網格，上覆在所述半導體基底上且直接上覆在所述深溝渠隔離結構上。所述金屬網格及所述深溝渠隔離結構界定與所述多個光電二極體對應的多個畫素區。所述多個畫素區包括對光譜的第一區敏感的第一畫素區、對所述光譜的第二區敏感的第二畫素區及對所述光譜的第三區敏感的第三畫素區。當從上方觀察時所述金屬網格的面積對當從上方觀察時所述畫素區的總面積的比率在所述第一畫素區中比在所述第二畫素區或所述第三畫素區中大。
100:圖形表示
102a,102b,102c,104a,104b,104c,106a,106b,106c,210:線
200,300,400,500,600,700:俯視圖
202:第一畫素區
203:深溝渠隔離結構
204:第二畫素區
205:第一方向
206:第三畫素區
207:第二方向
208a:第一行畫素區
208b:第二行畫素區
209,509,609:共用部分
502,602:第一畫素群組
504,604:第二畫素群組
506,606:第三畫素群組
508a:第一行畫素群組
508b:第二行畫素群組
702,704,706:畫素區塊
800:剖視圖
802:半導體基底
804:光電二極體
806:摻雜隔離井
810:內連線結構
811:層間介電(ILD)結構
812:重佈線層
814:傳送電晶體
816:浮動擴散井
818:半導體晶粒
820:金屬網格
822:濾光片陣列
824:微透鏡
826:前側
828:背側
900,1000,1100,1200,1300,1400,1500,1600,1700,1800,1900:剖視圖
902,1002:遮蔽結構
1102:閘極電介質
1104:閘極電極
1106:側壁間隔件
1602:金屬層
2000:流程圖
2002,2004,2006,2008,2010,2012,2014,2016,2018,2020,2022:動作
A1:第一面積
A2:第二面積
A3:第三面積
A4:第四面積
A5:第五面積
A6:第六面積
A7:第七面積
D1:第一距離
D2:第二距離
D3:第三距離
D4:第四距離
D5:第五距離
D6:第六距離
D7:第七距離
D8:第八距離
D9:第九距離
結合附圖閱讀以下詳細說明，會最好地理解本公開的各個方面。應注意，根據本行業中的標準慣例，各種特徵並非按比例繪製。事實上，為使論述清晰起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸。
圖1示出對光譜的不同區敏感的畫素的量子效率與波長之間的關係的一些實施例的圖形表示。
圖2示出包括具有不同形狀和/或不等大小的多個畫素區的影像感測器的一些實施例的俯視圖。
圖3到圖6示出圖2所示影像感測器的一些替代實施例的俯視圖。
圖7示出包括多個畫素區塊的影像感測器的一些實施例的俯視圖，所述多個畫素區塊中的相應的畫素區塊包括具有不同形狀和/或不等大小的多個畫素區。
圖8示出包括具有不同形狀和/或不等大小的畫素區的影像感測器的一些實施例的剖視圖。
圖9到圖19示出用於形成包括具有不同形狀和/或不等大小的畫素區的影像感測器的方法的一些實施例的一系列橫截面。
圖20示出形成包括具有不同形狀和/或不等大小的畫素區的影像感測器的方法的一些實施例的流程圖。
以下公開內容提供用於實施所提供主題的不同特徵的許 多不同的實施例或實例。以下闡述元件及排列的具體實例以簡化本公開。當然，這些僅為實例而非旨在進行限制。舉例來說，以下說明中將第一特徵形成在第二特徵之上或第二特徵上可包括其中第一特徵與第二特徵被形成為直接接觸的實施例，且也可包括其中第一特徵與第二特徵之間可形成有附加特徵從而使得所述第一特徵與所述第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本公開可能在各種實例中重複使用參考編號和/或字母。這種重複使用是出於簡潔及清晰的目的，而不是自身指示所論述的各種實施例和/或配置之間的關係。
此外，為易於說明，本文中可能使用例如“在...之下(beneath)”、“在...下方(below)”、“下部的(lower)”、“在...上方(above)”、“上部的(upper)”等空間相對性用語來闡述圖中所示的一個元件或特徵與另一(其他)元件或特徵的關係。所述空間相對性用語旨在除圖中所繪示的取向外還囊括裝置在使用或操作中的不同取向。設備可具有其他取向(旋轉90度或處於其他取向)，且本文中所使用的空間相對性闡述語可同樣相應地進行解釋。
影像感測器包括由深溝渠隔離結構及金屬網格界定的多個畫素區。每一畫素區包含光電二極體，所述光電二極體被配置成俘獲光學影像(例如，光)並將光學影像轉換成數位資料(例如，數位影像)。每一畫素區包括濾光片，所述濾光片上覆在光電二極體上且被配置成將光學影像的一部分濾波到視覺光譜的特定區。舉例來說，一些畫素區可被配置成對綠光敏感，一些畫素區可被配置成對藍光敏感，且一些畫素區可被配置成對紅光敏 感。通過使畫素區測量光譜的針對各種顏色的不同區的強度，可獲取光學影像的顏色資訊。
在操作期間，每一畫素區通過濾光片接收入射光子，且光電二極體將入射光子轉換成輸出電子。輸出電子對入射光子的比率會定義畫素區的量子效率。畫素區的大小會影響光電二極體接收到多少入射光子。一些畫素區對與具有較大量子效率的波長(例如，強畫素)對應的顏色敏感，且一些畫素區對與具有較小量子效率的波長(例如，弱畫素)對應的顏色敏感。因此，某一大小的強畫素可能比相同大小的弱畫素具有更大的量子效率，此導致跨越影像感測器的畫素的量子效率分佈不均勻。
在一些實施例中，本申請是有關於一種包括具有不同形狀和/或不等大小的畫素區的影像感測器。對與具有較大量子效率的波長(例如，強畫素)對應的某些顏色敏感的畫素區變小，且對與具有較小量子效率的波長(例如，弱畫素)對應的某些顏色敏感的畫素區被放大。
圖1示出對光譜的不同區敏感的畫素的量子效率與波長之間的關係的一些實施例的圖形表示100。線102a、102b、102c表示包括具有相等大小的畫素的影像感測器。線102a表示對光譜的第一區(例如綠光)敏感的畫素，線102b表示對光譜的第二區(例如藍光)敏感的畫素，且線102c表示對光譜的第三區(例如紅光)敏感的畫素。與線102b及線102c相關聯的畫素具有比與線102a相關聯的畫素的量子效率小的量子效率。
線104a、104b、104c表示包括具有不同形狀和/或不同大小的畫素的影像感測器。線104a表示對光譜的第一區敏感且 大小小於與線102a相關聯的畫素的畫素。線104b表示對光譜的第二區敏感且大小大於與線102b相關聯的畫素的畫素。線104c表示對光譜的第三區敏感且大小大於與線102c相關聯的畫素的畫素。在一些實施例中，與線104b相關聯的畫素與和線104c相關聯的畫素具有相同的大小。
通過將對光譜的第二區及第三區敏感的畫素放大，畫素的總面積增加，因此會反射更少入射光子，且可將更多的入射光子轉換成輸出電子，因此量子效率增加(參見線106b及106c)。類似地，通過使對光譜的第一區敏感的畫素變小，畫素的總面積減小，因此會反射更多的入射光子，且可將更少的入射光子轉換成輸出電子，因此量子效率降低(參見線106a)。線104a、104b及104c具有比線102a、102b及102c均勻分佈的量子效率。通過跨越畫素更均勻地分佈量子效率，可實現更好的裝置性能。
如圖1所示，通過減小對光的第一區敏感的畫素的大小，強畫素的量子效率從線102a略微下降到線104a(參見線106a)；且相反，通過增加對光的第二區及第三區敏感的畫素的大小，弱畫素的量子效率從線102b、102c略微上升到線104b、104c(參見線106b及106c)。作為實例，強畫素可對視覺光譜的綠色區敏感，且弱畫素可對視覺光譜的藍色區或紅色區敏感。通過將對與具有較小量子效率的波長對應的某些顏色敏感的畫素區放大，經放大的畫素區的總面積增加，因此會反射更少的入射光子，且可將更多的入射光子轉換成輸出電子，因此量子效率增加。類似地，通過使對與具有更大量子效率的波長對應的某些顏色敏感畫素區變小，更小的畫素區的總面積減小，因此會反射更 多的入射光子，且可將更少的入射光子轉換成輸出電子，因此量子效率降低。如圖1中所示，線104a、104b及104c具有比線102a、102b及102c均勻分佈的量子效率，從而導致影像感測器的信噪比更低且因此影像感測器的性能更好。舉例來說，在一些實施例中，對光的第一區敏感的第一畫素的面積、對光的第二區敏感的第二畫素的面積及對光的第三區敏感的第三畫素的面積在大小方面可被設計成使得第一畫素的量子效率、第二畫素的量子效率及第三畫素的量子效率各自在彼此的+/-10%內，以跨越畫素相對均勻地分佈量子效率。
圖2示出包括具有多個不同形狀和/或不等大小的多個畫素區的影像感測器的一些實施例的俯視圖200。第一畫素區202對光譜的第一區(例如光譜的綠色區)敏感。第二畫素區204對光譜的第二區(例如光譜的藍色區)敏感。第三畫素區206對光譜的第三區(例如紅色區)敏感。在替代實施例中，光譜的第一區可為青色(cyan)區，光譜的第二區可為品紅色(magenta)區，且光譜的第三區可為黃色區。所述多個畫素區被排列成在第一方向205上延伸的第一行畫素區208a及第二行畫素區208b。第一行畫素區208a包括在第一方向205上交替的第一畫素區202與第二畫素區204。第二行畫素區208b在第一方向205上延伸且包括在第一方向205上交替的第一畫素區202與第三畫素區206。
第一畫素區202、第二畫素區204及第三畫素區206分別在第一方向205上延伸第一距離D1。第二畫素區204及第三畫素區206分別在與第一方向205實質上正交的第二方向207上 延伸第二距離D2。第二距離D2與第一距離D1不同。第一畫素區202在第二方向207上延伸第三距離D3，其中第三距離D3與第一距離D1不同且小於第二距離D2。第一方向205及第二方向207界定與半導體基底(未示出)的頂表面平行的平面，所述多個畫素區設置在所述半導體基底中。
在一些實施例中，第一距離D1可介於近似0.1微米到近似100微米的範圍內。在一些實施例中，第二距離D2可介於近似0.1微米到近似100微米的範圍內。在一些實施例中，第三距離D3可介於近似0.1微米到近似100微米的範圍內。
第一畫素區202具有第一面積A1。第二畫素區204及第三畫素區206各自具有比第一面積A1大的第二面積A2。由於光譜的第一區與具有比和光譜的第二區及第三區對應的波長的量子效率大的量子效率的波長對應，因此第二面積A2大於第一面積A1，以降低第一畫素區202的量子效率且增加第二畫素區204的量子效率及第三畫素區206的量子效率。因此，與包括具有相等大小的畫素的影像感測器相比，圖2所示排列通過跨越畫素更均勻地分佈量子效率而實現更好的裝置性能。在替代實施例中，第一行畫素區208a中的第一畫素區202可具有與第二行畫素區208b中的第一畫素區202不同的面積。在又一些實施例中，第二畫素區204可具有與第三畫素區206不同的面積。
在一些實施例中，第二面積A2可介於比第一面積A1大近似1%到近似50%的範圍內，比第一面積A1大近似5%到近似20%的範圍內，比第一面積A1大近似10%到近似30%的範圍內，或者為某一其他合適的值。在一些實施例中，如果第二面積 A2與第一面積A1相比不夠大(例如，比第一面積A1大少於1%)，則第二畫素區204的量子效率及第三畫素區206的量子效率可能不會與第一畫素區202的量子效率足夠均勻地分佈以具有裝置性能方面的改善。在一些實施例中，如果第二面積A2與第一面積A1相比太大(例如，大超過50%)，則第二畫素區204的量子效率及第三畫素區206的量子效率可能超過第一畫素區202的量子效率太多，且因此跨越畫素的量子效率可能分佈不夠均勻以具有裝置性能方面的改善。在一些實施例中，第一面積A1對第二面積A2的第一比率介於彼此的近似90%到近似110%的範圍內，彼此的近似95%到近似105%的範圍內，或者為第一畫素區202的量子效率對第二畫素區204的量子效率或第三畫素區206的量子效率的第二比率的某一其他合適的值。
在一些實施例中，所述多個畫素區中的相應的畫素區通過深溝渠隔離結構203彼此分隔。在此種實施例中的一些實施例中，第二畫素區204與第三畫素區206共用深溝渠隔離結構203的共用部分209，且其中深溝渠隔離結構203的共用部分209在第一方向205上延伸。
圖3到圖6示出圖2所示影像感測器的一些替代實施例的俯視圖。
如圖3所示俯視圖300所示，第一行畫素區208a具有帶有相等大小的畫素區且第二行畫素區208b具有帶有不同形狀和/或不等大小的畫素區。第二行畫素區208b中的第一畫素區202具有第一面積A1且第二行畫素區208b中的第三畫素區206具有第二面積A2。第一行畫素區208a中的第一畫素區202及第 二畫素區204各自具有第三面積A3。第三面積A3大於第一面積A1且小於第二面積A2。在一些實施例中，第一行畫素區208a中的第一畫素區202及第二畫素區204在第二方向207上延伸第一距離D1。
如圖4所示俯視圖400所示，第一行畫素區208a具有帶有不同形狀和/或不等大小的畫素區且第二行畫素區208b具有帶有相等大小的畫素區。第一行畫素區208a中的第一畫素區202具有第一面積A1且第一行畫素區208a中的第二畫素區204具有第二面積A2。第一行畫素區208a的第一畫素區202及第三畫素區206各自具有第三面積A3。第三面積A3大於第一面積A1且小於第二面積A2。在一些實施例中，第二行畫素區208b中的第一畫素區202及第三畫素區206在第二方向207上延伸第一距離D1。
如圖5所示俯視圖500所示，所述多個畫素區被分隔成具有不同形狀和/或不等大小的多個畫素群組。畫素群組包括以2×2圖案排列的四個畫素區。第一行畫素群組508a包括在第一方向205上交替的第一畫素群組502與第二畫素群組504，第一畫素群組502包括以2×2圖案排列的四個第一畫素區202，且第二畫素群組504包括以2×2圖案排列的四個第二畫素區204。第二行畫素群組508b包括在第一方向205上交替的第一畫素群組502與第三畫素群組506，第一畫素群組502包括以2×2圖案排列的四個第一畫素區202，且第三畫素群組506包括以2×2圖案排列的四個第三畫素區206。在一些實施例中，每一畫素群組的各別畫素區可具有相等大小。在替代實施例中，所述多個畫素群組可 包括單個畫素區，如圖2中所示。
第一畫素群組502、第二畫素群組504及第三畫素群組506分別在第一方向205上延伸第四距離D4。第二畫素群組504及第三畫素群組506分別在第二方向207上延伸與第四距離D4不同的第五距離D5。第一畫素群組502在第二方向207上延伸第六距離D6，第六距離D6與第四距離D4不同且小於第五距離D5。在一些實施例中，第一畫素群組502的第一畫素區202、第二畫素群組504的第二畫素區204及第三畫素群組506的第三畫素區206可分別在第一方向205上延伸第一距離D1。在一些實施例中，第二畫素群組504的第二畫素區204及第三畫素群組506的第三畫素區206可分別在第二方向207上延伸第二距離D2。在一些實施例中，第一畫素群組502的第一畫素區202可在第二方向207上延伸第三距離D3。
第一畫素群組502具有第四面積A4，第四面積A4可比如圖2中闡述的第一面積A1大三倍到五倍，且在一些實施例中可比第一面積A1大四倍。第二畫素群組504及第三畫素群組506具有第五面積A5，第五面積A5可比圖2中闡述的第二面積A2大三倍到五倍，且在一些實施例中可比第二面積A2大四倍。在替代實施例中，在第一行畫素群組508a內，第一畫素群組502與第二畫素群組504具有相等大小，且在第二行畫素群組508b內，第一畫素群組502與第三畫素群組506具有不等大小。在替代實施例中，在第一行畫素群組508a內，第一畫素群組502與第二畫素群組504具有不等大小，且在第二行畫素群組508b內，第一畫素群組502與第三畫素群組506具有相等大小。在一 些實施例中，第一畫素群組502的第一畫素區202可具有如圖2中闡述的第一面積A1。在一些實施例中，第二畫素群組504的第二畫素區204及第三畫素群組506的第三畫素區206可具有如圖2中闡述的第二面積A2。
所述多個畫素群組中的各別畫素群組通過深溝渠隔離結構203彼此分隔。在一些實施例中，第二畫素群組504與第三畫素群組506共用深溝渠隔離結構203的共用部分509，且深溝渠隔離結構203的共用部分509在第一方向205上延伸。在一些實施例中，第四距離D4可介於比第一距離D1大近似1.5倍到近似2倍的範圍內，比第一距離D1大近似1.5倍到近似2.5倍的範圍內，或者為某一其他合適的值。在一些實施例中，第五距離D5可介於比第二距離D2大近似1.5倍到近似2倍的範圍內，比第二距離D2大近似1.5倍到近似2.5倍的範圍內，或者為某一其他合適的值。在一些實施例中，第六距離D6可介於比第三距離D3大近似1.5倍到近似2倍的範圍內，比第三距離D3大近似1.5倍到近似2.5倍的範圍內，或者為某一其他合適的值。
如圖6所示俯視圖600所示，所述多個畫素區被分隔成具有不同形狀和/或不等大小的畫素群組，畫素群組包括以3×3圖案排列的九個畫素區。第一行畫素群組508a包括在第一方向205上交替的第一畫素群組602與第二畫素群組604，第一畫素群組602包括以3×3圖案排列的九個第一畫素區202，且第二畫素群組604包括以3×3圖案排列的九個第二畫素區204。
第二行畫素群組508b包括在第一方向205上交替的第一畫素群組602與第三畫素群組606，第一畫素群組602包括以 3×3圖案排列的九個第一畫素區202，且第三畫素群組606包括以3×3圖案排列的九個第三畫素區206。在一些實施例中，每一畫素群組的各別畫素區可具有相等大小。第一畫素群組602具有第六面積A6，第六面積A6可比如圖2中闡述的第一面積A1大八倍到十倍且在一些實施例中可比第一面積A1大九倍。第二畫素群組604及第三畫素群組606具有第七面積A7，第七面積A7可比如圖2中闡述的第二面積A2大八到十倍且在一些實施例中可比第二面積A2大九倍。在一些實施例中，第一畫素群組602的第一畫素區202可具有如圖2中闡述的第一面積A1。在一些實施例中，第二畫素群組604的第二畫素區204及第三畫素群組606的第三畫素區206可具有如圖2中闡述的第二面積A2。
第一畫素群組602、第二畫素群組604及第三畫素群組606分別在第一方向205上延伸第七距離D7。第二畫素群組604及第三畫素群組606分別在第二方向207上延伸與第七距離D7不同的第八距離D8。第一畫素群組602在第二方向207上延伸第九距離D9，第九距離D9與第七距離D7不同且小於第八距離D8。在一些實施例中，第一畫素群組602的第一畫素區202、第二畫素群組604的第二畫素區204及第三畫素群組606的第三畫素區206可分別在第一方向205上延伸第一距離D1。在一些實施例中，第二畫素群組604的第二畫素區204及第三畫素群組606的第三畫素區206可分別在第二方向207上延伸第二距離D2。在一些實施例中，第一畫素群組602的第一畫素區202可在第二方向207上延伸第三距離D3。
所述多個畫素群組中的各別畫素群組通過深溝渠隔離結 構203彼此分隔。在一些實施例中，第二畫素群組604與第三畫素群組606共用深溝渠隔離結構203的共用部分609，且深溝渠隔離結構203的共用部分609在第一方向205上延伸。
在一些實施例中，第七距離D7可介於比第一距離D1大近似2倍到近似3倍的範圍內，比第一距離D1大近似2倍到近似4倍的範圍內，比第一距離D1大近似2.5倍到近似3.5倍的範圍內，或者為某一其他合適的值。在一些實施例中，第八距離D8可介於比第二距離D2大近似2倍到近似3倍的範圍內，比第二距離D2大近似2倍到近似4倍的範圍內，比第二距離D2大近似2.5倍到近似3.5倍的範圍內，或者為某一其他合適的值。在一些實施例中，第九距離D9可介於比第三距離D3大近似2倍到近似3倍的範圍內，比第三距離D3大近似2倍到近似4倍的範圍內，比第三距離D3大近似2.5倍到近似3.5倍的範圍內，或者為某一其他合適的值。
圖7示出包括多個畫素區塊702的影像感測器的一些實施例的俯視圖700，所述多個畫素區塊702中的相應的畫素區塊包括具有不同形狀和/或不等大小的多個畫素區。所述多個畫素區塊702被排列成多行畫素區塊704及多列畫素區塊706。所述多個畫素區通過深溝渠隔離結構203彼此分隔。
所述多個畫素區塊702的相應的畫素區塊包括具有第一面積A1的第一畫素區202、具有比第一面積A1大的第二面積A2的第二畫素區204。所述多個畫素區塊702的各別畫素區塊被排列成第一行畫素區208a及第二行畫素區208b。第一行畫素區208a包括在第一方向205上交替的第一畫素區202與第二畫素區 204。第二行畫素區208b在第一方向205上延伸且包括在第一方向205上交替的第一畫素區202與第三畫素區206。在一些實施例中，所述多個畫素區塊702中的相應的畫素區塊具有方形頂部輪廓。在一些實施例中，當從上方觀察時，第一畫素區202跨越所述多個畫素區佔據的面積小於第二畫素區204與第三畫素區206的組合。
在一些實施例中，所述多個畫素區塊702中的相應的畫素區塊可為或以其他方式包括圖2所示影像感測器。在替代實施例中，所述多個畫素區塊702中的相應的畫素區塊可為或以其他方式包括例如圖3所示影像感測器或圖4所示影像感測器。在替代實施例中，所述多個畫素區塊702中的相應的畫素區塊可為或以其他方式包括例如圖5所示影像感測器或圖6所示影像感測器，使得所述多個畫素區塊702中的相應的畫素區塊被排列成第一行畫素群組及第二行畫素群組。
圖8示出包括具有不同形狀和/或不等大小的畫素區的影像感測器的一些實施例的剖視圖800。在一些實施例中，剖視圖800可沿著圖2所示線210截取。在半導體基底802內設置有多個光電二極體804。深溝渠隔離結構203將所述多個光電二極體804彼此分隔且界定與所述多個光電二極體804對應的多個畫素區(例如，第一畫素區202及第二畫素區204)。第一畫素區202小於第二畫素區204。在一些實施例中，第一畫素區202及第二畫素區204可與圖2所示第一畫素區202及第二畫素區204對應。在替代實施例中，第二畫素區204可與圖2所示第三畫素區206對應。深溝渠隔離結構203從半導體基底802的背側828延 伸到半導體基底802內或進一步穿過半導體基底802的位置。在一些實施例中，深溝渠隔離結構203延伸超過半導體基底802的一半。在一些實施例中，半導體基底802可具有第一摻雜類型(例如，p型)。在一些實施例中，所述多個光電二極體804可具有與第一摻雜類型相反的第二摻雜類型(例如，n型)。
在第一畫素區202與第二畫素區204之間設置有多個摻雜隔離井806，且所述多個摻雜隔離井806進一步將第一畫素區202與第二畫素區204分隔。所述多個摻雜隔離井806從半導體基底802的前側826延伸到半導體基底802內的位置。摻雜隔離井806可以深溝渠隔離結構203的各別溝渠為中心。在一些實施例中，摻雜隔離井806可具有第一摻雜類型。在一些實施例中，摻雜隔離井806比半導體基底802重地被摻雜。在一些實施例中，摻雜隔離井806延伸不到半導體基底802的一半。深溝渠隔離結構203可凹陷到摻雜隔離井806中。由於摻雜隔離井806向光電二極體804提供p型摻雜劑，因此摻雜隔離井806有利於光電二極體804在操作期間耗盡，從而改善全井容量。
用作用於傳送電晶體814的源極/漏極的浮動擴散井816從半導體基底802的前側826延伸到半導體基底802內的位置。層間介電(inter-layer dielectric，ILD)結構811沿著半導體基底802的前側826設置。傳送電晶體814設置在ILD結構811內且沿著半導體基底802的前側826設置。內連線結構810設置在ILD結構811內且電耦合到傳送電晶體814及浮動擴散井816。包括結合介電層及多個結合焊墊的重佈線層812設置在內連線結構810與半導體晶粒818之間且將內連線結構810電耦合到半導 體晶粒818。在一些實施例中，半導體晶粒818可為邏輯晶粒。
沿著半導體基底802的背側828設置金屬網格820，以將相鄰的畫素區之間的串擾最小化。金屬網格820的各別元件可以深溝渠隔離結構203的各別溝渠為中心。與第二畫素區204的金屬網格820的各別元件相比，第一畫素區202中的金屬網格820的各別元件間隔得更近。第一畫素區202中的金屬網格820的各別元件彼此隔開第三距離D3，且第二畫素區204中的金屬網格820的各別元件彼此隔開大於第三距離D3的第二距離D2。在一些實施例中，第二距離D2可介於近似1%到近似50%的範圍內，近似5%到近似20%的範圍內，近似10%到近似30%的範圍內，或者為比第三距離D3大的某一其他合適的值。在一些實施例中，金屬網格820、摻雜隔離井806及深溝渠隔離結構203將所述多個光電二極體804彼此分隔且界定與所述多個光電二極體804對應的所述多個畫素區(例如，第一畫素區202及第二畫素區204)。
沿著半導體基底802的背側828且在金屬網格820的各別元件之間設置濾光片陣列822。濾光片陣列822中的每一濾光片直接上覆在所述多個光電二極體804中的對應的光電二極體上。在一些實施例中，第一畫素區202中的濾光片陣列822中的濾光片對光譜的第一區敏感。在一些實施例中，第二畫素區204中的濾光片陣列822中的濾光片對光譜的第二區敏感。在一些實施例中，光譜的第一區是綠色區且光譜的第二區是藍色區。在替代實施例中，光譜的第二區是紅色區。多個微透鏡824直接上覆在濾光片陣列822中的對應的濾光片上。在一些實施例中，第一 畫素區202的所述多個微透鏡824中的微透鏡小於第二畫素區204的所述多個微透鏡824中的微透鏡。應注意，儘管所述多個微透鏡824在圖8中被示為固定到影像感測器上，但應理解，影像感測器可不包括微透鏡，且微透鏡可稍後在單獨的製造活動中貼合到影像感測器。
在影像感測器的操作期間，所述多個微透鏡824將入射輻射(例如，光子)聚焦到對應的畫素區。當足夠能量的入射輻射撞擊光電二極體804時，它產生會形成光電流的電子-空穴對。由於光譜的第一區與具有比和光譜的第二區及第三區對應的波長的量子效率大的量子效率的波長對應，因此與第二畫素區204相比，第二距離D2大於第三距離D3，從而使得更多入射光子偏離第一畫素區202中的金屬網格820，因此降低第一畫素區202的量子效率且增加第二畫素區204的量子效率。因此，通過跨越畫素更均勻地分佈量子效率，與包括具有相等大小的畫素的影像感測器相比，可實現更好的裝置性能。
在一些實施例中，半導體基底802可包含任何類型的半導體本體(例如，矽/鍺/互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)塊體、SiGe、SOI等)(例如半導體晶圓或晶圓上的一個或多個晶粒)以及在半導體本體上形成和/或以其他方式與半導體本體相關聯的任何其他類型的半導體和/或磊晶層。在一些實施例中，深溝渠隔離結構203及重佈線層812的結合介電層可為或包含例如二氧化矽、氮化矽、一些其他合適的介電材料、或前述材料的組合。在一些實施例中，內連線結構810及重佈線層812的結合焊墊可為或包含例如鎢、銅、 金、鋁銅、氮化鈦或一些其他合適的導電材料。在一些實施例中，ILD結構811可為或包含例如氮化物(例如，氮化矽、氮氧化矽)、碳化物(例如，碳化矽)、氧化物(例如，氧化矽)、硼矽酸鹽玻璃(borosilicate glass，BSG)、磷矽酸鹽玻璃(phosphoric silicate glass，PSG)、硼磷矽酸鹽玻璃(borophosphosilicate glass，BPSG)、低介電常數(low dielectric constant，low-k)氧化物(例如，經碳摻雜的氧化物、SiCOH)等。在一些實施例中，金屬網格820可為或包含例如鎢、銅、金、鋁或一些其他合適的材料。
參照圖9到圖19，一系列剖視圖900到1900示出形成包括具有不同形狀和/或不等大小的畫素區的影像感測器的方法的一些實施例。影像感測器可例如對應於圖8所示影像感測器。儘管圖9到圖19是針對一種方法進行闡述，但應理解，圖9到圖19中公開的結構並不限於此種方法，而是可作為獨立於所述方法的結構而單獨存在。
如圖9所示剖視圖900中所示，在半導體基底802中形成多個光電二極體804。可通過例如摻雜製程來形成光電二極體804。在一些實施例中，摻雜製程可包括在半導體基底802的前側826之上形成遮蔽結構902以及向半導體基底802中植入第一摻雜類型(例如，通過砷、磷或一些其他合適的n型摻雜劑進行的n型摻雜)的摻雜劑。在一些實施例中，然後移除遮蔽結構902。當從上方觀察時，第一畫素區202中的所述多個光電二極體804中的光電二極體具有比第二畫素區204中的所述多個光電二極體804中的光電二極體小的橫截面積。
如圖10所示剖視圖1000所示，在所述多個光電二極體804的相鄰的光電二極體之間在半導體基底802的前側826中形成多個摻雜隔離井806。可通過例如摻雜製程來形成摻雜隔離井806。在一些實施例中，摻雜製程可包括在半導體基底802的前側826之上形成遮蔽結構1002以及植入與第一摻雜類型相反的第二摻雜類型(例如，通過硼或一些其他合適的p型摻雜劑進行的p型摻雜)的摻雜劑。在一些實施例中，然後移除遮蔽結構1002。
如圖11所示剖視圖1100所示，在半導體基底802的前側826之上形成傳送電晶體814。可通過在半導體基底802之上沉積閘極介電層及閘極電極層來形成傳送電晶體814。隨後將閘極介電層及閘極電極層圖案化以形成閘極電介質1102及閘極電極1104。在一些實施例中，沿著閘極電介質1102的側壁及閘極電極1104的側壁形成側壁間隔件1106。在一些實施例中，在半導體基底802的前側826內執行植入製程，以沿著傳送電晶體814的一個側形成浮動擴散井816。
如圖12所示剖視圖1200所示，在傳送電晶體814及半導體基底802的前側826之上形成ILD結構811。隨後對ILD結構811進行蝕刻以形成通孔孔洞和/或金屬溝渠。然後在通孔孔洞和/或金屬溝渠內形成內連線結構810。在一些實施例中，可通過沉積製程沉積(例如物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)或一些其他合適的沉積製程)來形成ILD結構811。可使用沉積製程(例如，PVD、CVD等)和/或鍍覆製程(例如，電鍍、無電鍍覆 等)來形成內連線結構810。
如圖13所示剖視圖1300所示，在ILD結構811之上形成重佈線層812。可使用沉積製程(例如，PVD、CVD等)和/或鍍覆製程(例如，電鍍、無電鍍覆等)來形成重佈線層812。然後將半導體晶粒818結合到重佈線層812。退火製程可在結合製程之後進行，且可在介於約250℃到約450℃之間的範圍內的溫度下執行達介於約0.5小時到約4小時的範圍內的時間。
如圖14所示剖視圖1400所示，將影像感測器翻轉且使半導體基底802的背側828減薄。減薄製程可使得輻射能夠穿過半導體基底802的背側828到達光電二極體804。可通過對半導體基底802的背側828進行蝕刻來將半導體基底802減薄。作為另外一種選擇，可通過對半導體基底802的背側828進行機械研磨或者通過對半導體基底802的背側828執行化學機械平坦化(chemical mechanical planarization，CMP)來將半導體基底802減薄。
如圖15所示剖視圖1500所示，向半導體基底802的背側828中形成深溝渠隔離結構203，以將所述多個光電二極體804的相鄰的光電二極體分隔。可通過向半導體基底802的背側828中蝕刻多個深溝渠來形成深溝渠隔離結構203。然後通過例如PVD、CVD或一些其他合適的沉積製程在半導體基底802之上沉積隔離填充材料且將隔離填充材料沉積到所述多個深溝渠中。在一些實施例中，可將隔離填充材料的側向部分移除或減薄，使得深溝渠隔離結構203的頂表面與半導體基底802的背側828大致齊平。深溝渠隔離結構203的各別溝渠在第二畫素區 204中比在第一畫素區202中間隔得遠。在一些實施例中，使深溝渠隔離結構203凹陷到所述多個摻雜隔離井806中。
如圖16所示剖視圖1600所示，在半導體基底802的背側之上形成金屬層1602。可使用沉積製程(例如，PVD、CDV等)和/或鍍覆製程(例如，電鍍、無電鍍覆等)來形成金屬層1602。
如圖17所示剖視圖1700所示，將金屬層1602選擇性地圖案化以形成上覆在半導體基底802上的金屬網格820。在一些實施例中，金屬網格820的各別元件直接上覆在深溝渠隔離結構203的各別溝渠上。第一畫素區202中的金屬網格820的各別元件彼此隔開第三距離D3，且第二畫素區204中的金屬網格820的各別元件彼此隔開大於第三距離D3的第二距離D2。
如圖18所示剖視圖1800所示，在半導體基底802的背側828之上以及在金屬網格820的各別部件之間形成濾光片陣列822。在一些實施例中，濾光片陣列822可形成有與金屬網格820的上表面對齊的上表面。在一些實施例中，第一畫素區202中的濾光片陣列822中的濾光片對光譜的第一區敏感。在一些實施例中，第二畫素區204中的濾光片陣列822中的濾光片對光譜的第二區敏感。在一些實施例中，光譜的第一區是綠色區且光譜的第二區是藍色區。在替代實施例中，光譜的第二區是紅色區。用於形成濾光片陣列822的製程可包括：對於光譜的對應的濾光片所敏感的區中的每一者，形成濾光片層且將濾光片層圖案化。可在形成濾光片層之後將濾光片層平坦化。可通過在濾光片層之上形成具有圖案的光阻層、根據光阻層的圖案向濾光片層施加蝕刻 劑、以及移除圖案化光阻層來執行圖案化。
由於光譜的第一區與具有比和光譜的第二區及第三區對應的波長的量子效率大的量子效率的波長對應，因此濾光片陣列822中的濾光片在第一畫素區202中比在第二畫素區204中小，因此降低第一畫素區202的量子效率且增加第二畫素區204的量子效率。因此，通過跨越畫素更均勻地分佈量子效率，與包括具有相等大小的畫素的影像感測器相比，可實現更好的裝置性能。
如圖19所示剖視圖1900所示，在濾光片陣列822之上形成多個微透鏡824。在一些實施例中，可通過在濾光片陣列上方沉積微透鏡材料(例如，通過旋塗法或沉積製程)來形成所述多個微透鏡824。在微透鏡材料上方將具有彎曲上表面的微透鏡範本圖案化。在一些實施例中，微透鏡範本可包含使用分佈曝光光劑量曝光(例如，對於負型光阻，更多的光在曲率的底部處曝光且更少的光在曲率的頂部處曝光)、被顯影並烘焙以形成圓形形狀的光阻材料。然後，通過根據微透鏡範本選擇性對微透鏡材料進行蝕刻來形成所述多個微透鏡824。第一畫素區202的所述多個微透鏡824中的微透鏡被形成為小於第二畫素區204的所述多個微透鏡824中的微透鏡。
針對圖20，示出形成包括具有不同形狀和/或不等大小的畫素區的影像感測器的方法的一些實施例的流程圖2000。影像感測器可例如對應於圖8所示影像感測器。
儘管流程圖2000被示出及闡述為一系列動作或事件，然而應理解，這些動作或事件的示出次序不應被解釋為具有限制性意義。舉例來說，某些動作可以不同的次序發生，和/或可與除 本文中所示和/或所闡述的動作或事件之外的其他動作或事件同時發生。另外，在實施本文說明的一個或多個方面或實施例時可能並非需要所有所示動作。此外，本文中所繪示的動作中的一個或多個動作可在一個或多個單獨的動作和/或階段中施行。
在動作2002處，在半導體基底中形成多個光電二極體。參見例如圖9。
在動作2004處，在半導體基底的前側中形成多個摻雜隔離井。參見例如圖10。
在動作2006處，在半導體基底的前側之上形成傳送電晶體。參見例如圖11。
在動作2008處，在傳送電晶體及半導體基底的前側之上形成層間介電(ILD)結構。參見例如圖12。
在動作2010處，在ILD結構之上形成重佈線層且將半導體晶粒結合到重佈線層。參見例如圖13。
在動作2012處，將影像感測器翻轉且將半導體基底的背側減薄。參見例如圖14。
在動作2014處，向半導體基底的背側中形成深溝渠隔離結構。參見例如圖15。
在動作2016處，在半導體基底的背側之上形成金屬層。參見例如圖16。
在動作2018處，選擇性地對金屬層進行蝕刻以形成金屬網格。參見例如圖17。
在動作2020處，在半導體基底的背側上以及在金屬網格的各別元件之間形成濾光片陣列。參見例如圖18。
在動作2022處，在濾光片陣列之上形成多個微透鏡。參見例如圖19。
因此，在一些實施例中，本公開是有關於一種影像感測器，所述影像感測器包括：半導體基底；多個光電二極體，設置在所述半導體基底內；以及深溝渠隔離結構，將所述多個光電二極體彼此分隔且界定與所述多個光電二極體對應的多個畫素區。所述多個畫素區包括對光譜的第一區敏感的第一畫素區、對所述光譜的第二區敏感的第二畫素區及對所述光譜的第三區敏感的第三畫素區。所述第一畫素區小於所述第二畫素區或所述第三畫素區。
在一些實施例中，其中所述光譜的所述第一區是綠色區，且其中所述光譜的所述第二區及所述光譜的所述第三區分別是藍色區及紅色區。
在一些實施例中，其中當從上方觀察時，所述第一畫素區具有第一面積，所述第一面積比所述第二畫素區的第二面積及所述第三畫素區的第三面積中的每一者小至少1%。
在一些實施例中，其中所述第一面積對所述第二面積的第一比率介於所述第一畫素區的第一量子效率對所述第二畫素區的第二量子效率的第二比率的90%到110%的範圍內。
在一些實施例中，其中當從上方觀察時，所述第一畫素區具有比所述第二畫素區的面積或所述第三畫素區的面積小50%的面積。
在一些實施例中，其中所述多個畫素區中的每一畫素區在第一方向上延伸第一距離且在與所述第一方向實質上正交的第 二方向上延伸第二距離，其中所述第一方向及所述第二方向界定與所述半導體基底的頂表面平行的平面，且其中所述第一距離與所述第二距離不同。
在其他實施例中，本公開是有關於一種形成影像感測器的方法，所述方法包括：在半導體基底中形成多個光電二極體；向所述半導體基底的背側中形成將所述多個光電二極體對應地分隔成多個畫素區的深溝渠隔離結構；以及在所述半導體基底之上形成濾光片陣列，使得每一濾光片直接上覆在所述多個光電二極體中的對應的光電二極體上。所述多個畫素區包括對光譜的第一區敏感的第一畫素區、對所述光譜的第二區敏感的第二畫素區及對所述光譜的第三區敏感的第三畫素區。當從上方觀察時，所述第一畫素區中的所述濾光片陣列中的濾光片具有比所述第二畫素區或所述第三畫素區中的所述濾光片陣列中的濾光片小的面積。
在一些實施例中，其中所述深溝渠隔離結構的各別溝渠在所述第二畫素區或所述第三畫素區中比在所述第一畫素區中間隔得遠。
在一些實施例中，還包括：在所述半導體基底之上形成直接上覆在所述深溝渠隔離結構上的金屬網格，其中與所述第二畫素區或所述第三畫素區中的所述金屬網格的各別元件相比，所述第一畫素區中的所述金屬網格的各別元件間隔得更近。
在一些實施例中，還包括：在所述濾光片陣列之上形成多個微透鏡，使得所述多個微透鏡中的每一者直接上覆在對應的濾光片上，其中當從上方觀察時，所述第一畫素區的每一微透鏡具有比所述第二畫素區的每一微透鏡或所述第三畫素區的每一微 透鏡小的面積。
在一些實施例中，其中當從上方觀察時，所述第一畫素區跨越所述多個畫素區佔據的面積小於所述第二畫素區與所述第三畫素區的組合。
在又一些其他實施例中，本公開是有關於一種影像感測器，所述影像感測器包括：半導體基底；多個光電二極體，設置在所述半導體基底內；深溝渠隔離結構，將所述多個光電二極體分隔；以及金屬網格，上覆在所述半導體基底上且直接上覆在所述深溝渠隔離結構上。所述金屬網格及所述深溝渠隔離結構界定與所述多個光電二極體對應的多個畫素區。所述多個畫素區包括對光譜的第一區敏感的第一畫素區、對所述光譜的第二區敏感的第二畫素區及對所述光譜的第三區敏感的第三畫素區。當從上方觀察時所述金屬網格的面積對當從上方觀察時所述畫素區的總面積的比率在所述第一畫素區中比在所述第二畫素區或所述第三畫素區中大。
在一些實施例中，其中所述多個畫素區被分隔成多個畫素群組，且其中所述多個畫素群組包括：第一行畫素群組，在第一方向上延伸且包括在所述第一方向上交替的第一畫素群組與第二畫素群組；以及第二行畫素群組，在所述第一方向上延伸且包括在所述第一方向上交替的所述第一畫素群組與第三畫素群組，其中所述第一畫素群組包括所述第一畫素區，其中所述第二畫素群組包括所述第二畫素區，且其中所述第三畫素群組包括所述第三畫素區。
在一些實施例中，其中所述第二畫素群組與所述第三畫 素群組共用所述深溝渠隔離結構的共用部分，且其中所述深溝渠隔離結構的所述共用部分在所述第一方向上延伸。
在一些實施例中，其中所述多個畫素群組中的每一者包括單個畫素區、以2×2圖案排列的四個畫素區或者以3×3圖案排列的九個畫素區。
在一些實施例中，其中所述第一行畫素群組中的所述第一畫素群組具有與所述第二行畫素群組中的所述第一畫素群組不同的大小。
在一些實施例中，其中在所述第二行畫素群組中，所述第一畫素群組小於所述第三畫素區，且其中在所述第一行畫素群組中，所述第一畫素群組具有與所述第二畫素群組相同的大小。
在一些實施例中，其中在所述第一行畫素群組中，所述第一畫素群組小於所述第二畫素區，且其中在所述第二行畫素群組中，所述第一畫素群組具有與所述第三畫素群組相同的大小。
在一些實施例中，其中與所述第二畫素區或所述第三畫素區的所述金屬網格的各別元件相比，所述第一畫素區中的所述金屬網格的各別元件間隔得更近。
在一些實施例中，其中在所述多個畫素區中的畫素區中，所述金屬網格的各別元件之間的距離在所述第一畫素區中小於在所述第二畫素區或所述第三畫素區中。
以上概述了若干實施例的特徵，以使所屬領域中的技術人員可更好地理解本公開的各個方面。所屬領域中的技術人員應理解，他們可容易地使用本公開作為設計或修改其他製程及結構的基礎來施行與本文中所介紹的實施例相同的目的和/或實現與本 文中所介紹的實施例相同的優點。所屬領域中的技術人員還應認識到，這些等效構造並不背離本公開的精神及範圍，而且他們可在不背離本公開的精神及範圍的條件下在本文中作出各種改變、代替及變更。
200:俯視圖
202:第一畫素區
203:深溝渠隔離結構
204:第二畫素區
205:第一方向
206:第三畫素區
207:第二方向
208a:第一行畫素區
208b:第二行畫素區
209:共用部分
A1:第一面積
A2:第二面積
D1:第一距離
D2:第二距離
D3:第三距離

Claims (9)

  1. 一種影像感測器，包括：半導體基底；多個光電二極體，設置在所述半導體基底內；以及深溝渠隔離結構，將所述多個光電二極體彼此分隔且界定與所述多個光電二極體對應的多個畫素區，其中所述多個畫素區包括對光譜的第一區敏感的第一畫素區、對所述光譜的第二區敏感的第二畫素區及對所述光譜的第三區敏感的第三畫素區，且其中所述第一畫素區小於所述第二畫素區或所述第三畫素區，其中所述光譜的所述第一區是綠色區，且其中所述光譜的所述第二區及所述光譜的所述第三區分別是藍色區及紅色區。
  2. 如請求項1所述的影像感測器，其中當從上方觀察時，所述第一畫素區具有第一面積，所述第一面積比所述第二畫素區的第二面積及所述第三畫素區的第三面積中的每一者小至少1%。
  3. 如請求項2所述的影像感測器，其中所述第一面積對所述第二面積的第一比率介於所述第一畫素區的第一量子效率對所述第二畫素區的第二量子效率的第二比率的90%到110%的範圍內。
  4. 如請求項1所述的影像感測器，其中當從上方觀察時，所述第一畫素區具有比所述第二畫素區的面積或所述第三畫素區的面積小50%的面積。
  5. 如請求項1所述的影像感測器，其中所述多個畫素區中的每一畫素區在第一方向上延伸第一距離且在與所述第一方 向實質上正交的第二方向上延伸第二距離，其中所述第一方向及所述第二方向界定與所述半導體基底的頂表面平行的平面，且其中所述第一距離與所述第二距離不同。
  6. 一種形成影像感測器的方法，包括：在半導體基底中形成多個光電二極體；向所述半導體基底的背側中形成將所述多個光電二極體對應地分隔成多個畫素區的深溝渠隔離結構；以及在所述半導體基底之上形成濾光片陣列，使得每一濾光片直接上覆在所述多個光電二極體中的對應的光電二極體上，其中所述多個畫素區包括對光譜的第一區敏感的第一畫素區、對所述光譜的第二區敏感的第二畫素區及對所述光譜的第三區敏感的第三畫素區，且其中當從上方觀察時，所述第一畫素區中的所述濾光片陣列中的濾光片具有比所述第二畫素區或所述第三畫素區中的所述濾光片陣列中的濾光片小的面積，其中所述光譜的所述第一區是綠色區，且其中所述光譜的所述第二區及所述光譜的所述第三區分別是藍色區及紅色區。
  7. 如請求項6所述的方法，其中所述深溝渠隔離結構的各別溝渠在所述第二畫素區或所述第三畫素區中比在所述第一畫素區中間隔得遠。
  8. 一種影像感測器，包括：半導體基底；多個光電二極體，設置在所述半導體基底內；深溝渠隔離結構，將所述多個光電二極體分隔；以及金屬網格，上覆在所述半導體基底上且直接上覆在所述深溝 渠隔離結構上，其中所述金屬網格及所述深溝渠隔離結構界定與所述多個光電二極體對應的多個畫素區，其中所述多個畫素區包括對光譜的第一區敏感的第一畫素區、對所述光譜的第二區敏感的第二畫素區及對所述光譜的第三區敏感的第三畫素區，且其中當從上方觀察時所述金屬網格的面積對當從上方觀察時所述多個畫素區的總面積的比率在所述第一畫素區中比在所述第二畫素區或所述第三畫素區中大。
  9. 如請求項8所述的影像感測器，其中所述多個畫素區被分隔成多個畫素群組，且其中所述多個畫素群組包括：第一行畫素群組，在第一方向上延伸且包括在所述第一方向上交替的第一畫素群組與第二畫素群組；以及第二行畫素群組，在所述第一方向上延伸且包括在所述第一方向上交替的所述第一畫素群組與第三畫素群組，其中所述第一畫素群組包括所述第一畫素區，其中所述第二畫素群組包括所述第二畫素區，且其中所述第三畫素群組包括所述第三畫素區。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220063830A (ko) * 2020-11-10 2022-05-18 삼성전자주식회사 이미지 센서
US12107107B2 (en) * 2021-11-18 2024-10-01 Omnivision Technologies, Inc. Dark-current inhibiting image sensor and method
CN119403252A (zh) * 2024-12-31 2025-02-07 合肥晶合集成电路股份有限公司 半导体器件及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060145057A1 (en) * 2004-12-30 2006-07-06 Dongbuanam Semiconductor Image sensor
US20100009493A1 (en) * 2008-07-14 2010-01-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of manufacturing an image sensor
US20160380032A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and electronic device including the same
TW201911548A (zh) * 2017-07-28 2019-03-16 韓商愛思開海力士有限公司 具有相位差檢測畫素的感光元件

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2680727A1 (en) * 2009-09-25 2011-03-25 Studio Milan Design Build Inc. Panel and kit for constructing fence
JP6130221B2 (ja) * 2013-05-24 2017-05-17 ソニー株式会社 固体撮像装置、および電子機器
KR102066603B1 (ko) * 2013-07-03 2020-01-15 에스케이하이닉스 주식회사 3차원 광전변환소자를 구비한 이미지 센서
JP2015153772A (ja) * 2014-02-10 2015-08-24 株式会社東芝 固体撮像装置
US9674493B2 (en) * 2014-03-24 2017-06-06 Omnivision Technologies, Inc. Color image sensor with metal mesh to detect infrared light
US9728570B2 (en) * 2015-11-09 2017-08-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Deep trench isolation fabrication for BSI image sensor
KR102721025B1 (ko) * 2019-01-03 2024-10-24 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 제조 방법
US11329086B2 (en) * 2019-12-27 2022-05-10 Omnivision Technologies, Inc. Method and structure to improve image sensor crosstalk
US11901380B2 (en) * 2020-11-30 2024-02-13 Visera Technologies Company Limited Solid-state image sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060145057A1 (en) * 2004-12-30 2006-07-06 Dongbuanam Semiconductor Image sensor
US20100009493A1 (en) * 2008-07-14 2010-01-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of manufacturing an image sensor
US20160380032A1 (en) * 2015-06-24 2016-12-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensor and electronic device including the same
TW201911548A (zh) * 2017-07-28 2019-03-16 韓商愛思開海力士有限公司 具有相位差檢測畫素的感光元件

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