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TWI731681B - 固態成像裝置 - Google Patents

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TWI731681B
TWI731681B TW109115967A TW109115967A TWI731681B TW I731681 B TWI731681 B TW I731681B TW 109115967 A TW109115967 A TW 109115967A TW 109115967 A TW109115967 A TW 109115967A TW I731681 B TWI731681 B TW I731681B
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height
color filter
solid
imaging device
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TW109115967A
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TW202135304A (zh
Inventor
李京樺
張育淇
林正軒
吳翰林
Original Assignee
采鈺科技股份有限公司
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Abstract

提供一種固態成像裝置。固態成像裝置包含複數個光電轉換元件。固態成像裝置也包含一第一彩色濾光片層，其設置於光電轉換元件上方並具有複數個第一彩色濾光片區段。固態成像裝置更包含一第二彩色濾光片層，其設置於光電轉換元件上方並與第一彩色濾光片層相鄰，且具有複數個第二彩色濾光片區段。固態成像裝置包含一第一網格結構，其設置於第一彩色濾光片層與第二彩色濾光片層之間且具有一第一網格高度。固態成像裝置也包含一第二網格結構，其設置於第一彩色濾光片區段之間與第二彩色濾光片區段之間且具有一第二網格高度，第二網格高度低於或等於第一網格高度。

Description

固態成像裝置
本揭露實施例是有關於一種成像裝置，且特別是有關於一種包含網格結構的固態成像裝置，網格結構具有不同的網格高度。
固態成像裝置(例如，電荷耦合元件(charge-coupled device, CCD)成像裝置、互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)成像裝置等)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。固態成像裝置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。
在固態成像裝置中，網格結構可用於將不同的彩色濾光片層分開。然而，一般的網格結構具有不變的(constant)網格高度，其可能會將光分裂(split)和繞射(diffract)為沿不同方向傳播的幾束光束(像是一種繞射光柵(diffraction grating))，進而在獲得的影像中造成花瓣狀的光斑(petal flare)。此外，在一般的固態成像裝置中，不同的彩色濾光片層之間可能會發生混色(crosstalk)。因此，固態成像裝置的設計和製造仍然存在各種挑戰。
在本揭露的一些實施例中，固態成像裝置包含具有不同的網格高度的網格結構，其可防止網格結構產生繞射，進而提高來自固態成像裝置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，提供一種固態成像裝置。固態成像裝置包含複數個光電轉換元件。固態成像裝置也包含一第一彩色濾光片層，第一彩色濾光片層設置於光電轉換元件上方，並具有複數個第一彩色濾光片區段。固態成像裝置更包含一第二彩色濾光片層，第二彩色濾光片層設置於光電轉換元件上方並與第一彩色濾光片層相鄰，且具有複數個第二彩色濾光片區段。固態成像裝置包含一第一網格結構，第一網格結構設置於第一彩色濾光片層與第二彩色濾光片層之間，且具有一第一網格高度。固態成像裝置也包含一第二網格結構，第二網格結構設置於第一彩色濾光片區段之間與第二彩色濾光片區段之間，且具有一第二網格高度，第二網格高度低於或等於第一網格高度。
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… 下方」、「下方」、「較低的」、「在… 上方」、「上方」、「較高的」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」、「大抵」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」、「大抵」的情況下，仍可隱含「約」、「大約」、「大抵」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，固態成像裝置大致可分為兩種類型，一種是前照式(front-side illuminated, FSI)成像裝置，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)成像裝置，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FSI和BSI成像裝置中提供彩色濾光片層。此外，FSI和BSI成像裝置通常具有網格結構，其用於分隔彩色濾光片層的光以防止混色。
根據本揭露的一些實施例，固態成像裝置可包含具有不同網格高度的兩個不同的網格結構，其可防止網格結構產生繞射，進而提高來自固態成像裝置的光電轉換元件(例如可排列於複數個正規(normal)像素與複數個相位檢測自動對焦(phase detection auto focus, PDAF)像素中)的影像訊號的品質。
第1圖顯示根據本揭露一實施例之固態成像裝置10的上視圖。第2圖顯示沿著第1圖中A-A’剖面線所切之固態成像裝置10的剖面圖。第3圖顯示沿著第1圖中B-B’剖面線所切之固態成像裝置10的剖面圖。應注意的是，為了簡潔起見，第1圖至第3圖中可能省略部分部件。
在一些實施例中，固態成像裝置10可為互補式金屬氧化物半導體(CMOS)成像裝置或電荷耦合元件(CCD)成像裝置，但本揭露實施例並非以此為限。如第2圖與第3圖所示，固態成像裝置10包含一半導體基板101，例如晶圓或晶片，但本揭露實施例並非以此為限。半導體基板101具有前側表面101F以及與前側表面101F為相反側的背側表面101B。多個光電轉換元件103(例如，光電二極體)可形成在半導體基板101中。
在一些實施例中，半導體基板101中的光電轉換元件103經由隔離結構(未繪示)彼此隔離，隔離結構例如為淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)區或深溝槽隔離(deep trench isolation, DTI)區。可使用蝕刻製程在半導體基板101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。
在一些實施例中，光電轉換元件103形成在半導體基板101的背側表面101B上，佈線層105則形成在半導體基板101的前側表面101F上，但本揭露實施例並非以此為限。佈線層105是包含多條導線和導通孔(vias)埋置在多個介電層中的內連線結構，並且佈線層105可進一步包含固態成像裝置10需要的各種電路。入射光可照射到背側表面101B的那一側並且被光電轉換元件103所接收。
第2圖與第3圖所示的固態成像裝置10可稱為背照式(BSI)成像裝置，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他實施例中，固態成像裝置可為前照式(FSI)成像裝置。對於FSI成像裝置而言，第2圖與第3圖所示的半導體基板101和佈線層105可被上下翻轉。在FSI成像裝置中，入射光照射到前側表面101F的那一側，穿過佈線層105，接著被形成在半導體基板101的背側表面101B上的光電轉換元件103所接收。
如第2圖與第3圖所示，在一些實施例中，固態成像裝置10也可包含形成在半導體基板101的背側表面101B上並覆蓋光電轉換元件103的高介電常數(high-κ)膜107。高介電常數膜107的材料可包含氧化鉿(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)或其他合適的高介電常數(high-κ)材料，但本揭露實施例並非以此為限。高介電常數膜107可由沉積製程所形成。沉積製程例如是化學氣相沉積(chemical vapor deposition, CVD)、電漿增強化學氣相沉積(plasma enhanced CVD, PECVD)、原子層沉積(atomic layer deposition, ALD)或其他沉積技術。在一些實施例中，高介電常數膜107可具有高折射率和光吸收能力。
如第2圖與第3圖所示，在一些實施例中，固態成像裝置10可進一步包含形成在高介電常數膜107上的緩衝層109。緩衝層109的材料可包含氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其他合適的絕緣材料，但本揭露實施例並非以此為限。緩衝層109可由沉積製程所形成。沉積製程例如為旋轉塗佈、化學氣相沉積、可流動化學氣相沉積(flowable CVD, FCVD)、電漿增強化學氣相沉積、物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)或其他沉積技術。
參照第1圖至第3圖，固態成像裝置10包含一第一彩色濾光片層及一第二彩色濾光片層，第一彩色濾光片層及第二彩色濾光片層設置於光電轉換元件103上方。更詳細而言，第一彩色濾光片層具有複數個第一彩色濾光片區段，而第二彩色濾光片層具有複數個第二彩色濾光片區段。在一些實施例中，第一彩色濾光片層可為綠色(G)濾光片層，其將被稱為綠色濾光片層115G。亦即，第一彩色濾光片區段可為綠色濾光片區段，其將被稱為綠色濾光片區段115GS。此外，第二彩色濾光片層可為藍色(B)濾光片層，其將被稱為藍色濾光片層115B。亦即，第二彩色濾光片區段可為藍色濾光片區段，其將被稱為藍色濾光片區段115BS。在第1圖至第3圖所示的實施例中，第二彩色濾光片層(即藍色濾光片層115B)設置於與第一彩色濾光片層(即綠色濾光片層115G)相鄰，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，第一彩色濾光片層可為綠色濾光片層115G、紅色濾光片層115R與藍色濾光片層115B的其中之一，而第二彩色濾光片層可為綠色濾光片層115G、紅色濾光片層115R與藍色濾光片層115B的其中之另一，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，第一彩色濾光片層或第二彩色濾光片層可為白色濾光片層。
在一些實施例中，如第2圖與第3圖所示，固態成像裝置10可包含形成在緩衝層109上的複數個金屬網格111，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，金屬網格111的材料可包含鎢(W)、鋁(Al)、金屬氮化物(例如，氮化鈦(TiN))、其他合適的材料或其組合，但本揭露實施例並非以此為限。金屬網格111可透過在緩衝層109上沉積一金屬層，接著使用光微影和蝕刻製程對此金屬層進行圖案化所形成，但本揭露實施例並非以此為限。
參照第1圖至第3圖，固態成像裝置10也包含一第一網格結構121及一第二網格結構123。第一網格結構121設置於第一彩色濾光片層與第二彩色濾光片層之間，而第二網格結構123設置於第一彩色濾光片區段之間與第二彩色濾光片區段之間。亦即，如第2圖所示，第一網格結構121可設置於綠色濾光片層115G與藍色濾光片層115B之間，而第二網格結構123可設置於綠色濾光片區段115GS之間與藍色濾光片區段115BS之間。此外，如第3圖所示，第一網格結構121也可設置於綠色濾光片層115G與紅色濾光片層115R之間，而第二網格結構123也可設置於紅色濾光片區段115RS之間。
在一些實施例中，第一網格結構121的材料與第二網格結構123的材料可包含透明介電材料，其具有約1.0至約1.99的低折射率。此外，在一些實施例中，第一網格結構121的折射率與第二網格結構123的折射率低於第一彩色濾光片層的折射率與第二彩色濾光片層的折射率。
如第2圖與第3圖所示，第一網格結構121具有一第一網格高度H1，而第二網格結構123具有一第二網格高度H2。在本揭露的實施例中，第二網格高度H2低於第一網格高度H1。
相較於具有不變的網格高度的傳統網格結構，本揭露實施例的固態成像裝置10包含具有不同網格高度的第一網格結構121及第二網格結構123，其可防止網格結構產生繞射，進而提高來自固態成像裝置10的光電轉換元件103的影像訊號的品質。
如第2圖與第3圖所示，綠色濾光片層115G的高度HG、藍色濾光片層115B的高度HB與紅色濾光片層115R的高度HR皆低於第一網格結構121的第一網格高度H1，意味著綠色濾光片層115G、藍色濾光片層115B與紅色濾光片層115R可以不混合，進而防止固態成像裝置10中的混色。
在本實施例中，綠色濾光片層115G的高度HG如第2圖與第3圖所示高於第二網格結構123的第二網格高度H2，藍色濾光片層115B的高度HB如第2圖所示低於第二網格結構123的第二網格高度H2，而紅色濾光片層115R的高度HR如第3圖所示高於第二網格結構123的第二網格高度H2，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，藍色濾光片層115B的高度HB也可高於或等於第二網格結構123的第二網格高度H2，而綠色濾光片層115G的高度HG與紅色濾光片層115R的高度HR也可低於或等於第二網格結構123的第二網格高度H2。
此外，雖然在第3圖中綠色濾光片層115G的高度HG被繪示為與紅色濾光片層115R的高度HR相等，但本揭露實施例並非以此為限。綠色濾光片層115G的高度HG、藍色濾光片層115B的高度HB與紅色濾光片層115R的高度HR可依需求調整(例如，用以改善光電轉換元件103接收的訊號的品質)。
再者，雖然第二網格結構123的第二網格高度H2在第2圖與第3圖中被繪示為不變的，但本揭露實施例並非以此為限。在一些實施例中，第二網格結構123的第二網格高度H2可以是可變的。舉例來說，對應於固態成像裝置10的中央區域(central area)的第二網格結構123的第二網格高度H2可與對應於固態成像裝置10的邊緣區域(edge area)的第二網格結構123的第二網格高度H2不同，以使光電轉換元件103接收的訊號品質更好，但本揭露實施例並非以此為限。
在第2圖與第3圖所示之固態成像裝置10的剖面圖中，第一網格結構121可包含(或可被視為)複數個第一網格區段121S，而第二網格結構123可包含(或可被視為)複數個第二網格區段123S。如第2圖與第3圖所示，在一些實施例中，兩個相鄰的第一網格區段121S的距離P1與兩個相鄰的第二網格區段123S的距離P2不同，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，兩個相鄰的第一網格區段121S的距離P1可與兩個相鄰的第二網格區段123S的距離P2相等或相近。
類似地，兩個相鄰的第二網格區段123S的距離P2可以是可變的。舉例來說，對應於固態成像裝置10的中央區域的兩個相鄰的第二網格區段123S的距離P2可與對應於固態成像裝置10的邊緣區域的兩個相鄰的第二網格區段123S的距離P2不同。亦即，第二網格結構123的第二網格區段123S可具有額外的位移(extra-shift)，以使光電轉換元件103接收的訊號品質更好，但本揭露實施例並非以此為限。
如第2圖與第3圖所示，在一些實施例中，固態成像裝置10可進一步包含複數個聚光結構119，聚光結構119設置於彩色濾光片層(例如，綠色濾光片層115G、藍色濾光片層115B或紅色濾光片層115R)之上，用以會聚入射光。在一些實施例中，聚光結構119的材料可為透明材料。舉例來說，聚光結構119的材料可包含玻璃、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。在一些實施例中，可使用光阻熱回流法(photoresist reflow method)、熱壓成型法(hot embossing method)、其他適當的方法或其組合形成聚光結構119。在一些實施例中，形成聚光結構119的步驟可包含旋轉塗佈製程、微影製程、蝕刻製程、其他適當之製程或上述之組合，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，聚光結構119可為一微透鏡(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。在一些其他的實施例中，聚光結構119可為微角椎(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119可為一折射率漸變(gradient-index)結構。
在第2圖與第3圖所示的實施例中，每個聚光結構119對應於綠色濾光片區段115GS的其中一個、藍色濾光片區段115BS的其中一個或紅色濾光片區段115RS的其中一個，但本揭露實施例並非以此為限。在其他的實施例(例如後方的第10圖)中，每個聚光結構119對應於綠色濾光片區段115GS中的至少兩個、藍色濾光片區段115BS中的至少兩個或紅色濾光片區段115RS中的至少兩個。
在一些實施例中，在固態成像裝置10的上視圖(例如，第1圖)中，第一網格結構121定義複數個感測區域，每個感測區域包含x 2個第一彩色濾光片區段或x 2個第二彩色濾光片區段，其中x為大於或等於2的正整數。舉例來說，第一網格結構121在第1圖中定義複數個感測區域S，且每個感測區域S可包含四(2 2)個綠色濾光片區段115GS、四(2 2)個藍色濾光片區段115BS或四(2 2)個紅色濾光片區段115RS，但本揭露實施例並非以此為限。
第4圖顯示根據本揭露另一實施例之固態成像裝置12的剖面圖。第5圖顯示根據本揭露又一實施例之固態成像裝置14的一部分的剖面圖。第6圖顯示固態成像裝置14的另一部分的剖面圖。類似地，為了簡潔起見，第4圖至第6圖中可能省略固態成像裝置12的部分部件及固態成像裝置14的部分部件。
參照第4圖，固態成像裝置12包含複數個光電轉換元件103。固態成像裝置12也包含綠色濾光片層115G，綠色濾光片層115G設置於光電轉換元件103上方。綠色濾光片層115G具有複數個綠色濾光片區段115GS。固態成像裝置12包含一第一網格結構121及一第二網格結構123，第二網格結構123設置於綠色濾光片區段115GS之間。第一網格結構121(第一網格區段121S)具有一第一網格高度H1，第二網格結構123(第二網格區段123S)具有一第二網格高度H2，第二網格高度H2低於第一網格高度H1。
在本實施例中，綠色濾光片層115G(綠色濾光片區段115GS)的高度HG高於第二網格結構123(第二網格區段123S)的第二網格高度H2且低於第一網格結構121(第一網格區段121S)的第一網格高度H1，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，綠色濾光片層115G(綠色濾光片區段115GS)的高度HG也可低於或等於第二網格結構123(第二網格區段123S)的第二網格高度H2。
如第4圖所示，光電轉換元件103可排列於複數個正規像素P與複數個相位檢測自動對焦像素PDAF中，相位檢測自動對焦像素PDAF被正規像素P所圍繞，但本揭露實施例並非以此為限。再者，第4圖中的綠色濾光片層115G(綠色濾光片區段115GS)可以藍色濾光片層115B(藍色濾光片區段115BS)、紅色濾光片層115R(紅色濾光片區段115RS)或其他的彩色濾光片層所取代。
參照第5圖，固態成像裝置14可具有與第1圖至第3圖所示之固態成像裝置10類似的結構。其不同於固態成像裝置10之處在於，固態成像裝置14的第一網格結構121(第一網格區段121S)具有一第一網格寬度W1，固態成像裝置14的第二網格結構123(第二網格區段123S)具有一第二網格寬度W2(或W2’)，且第二網格寬度W2(或W2’)可與第一網格寬度W1不同。
舉例來說，如第5圖所示，第一網格區段121S具有第一網格寬度W1，介於藍色濾光片區段115BS之間的第二網格區段123S1具有第二網格寬度W2，而介於綠色濾光片區段115GS之間的第二網格區段123S2具有第二網格寬度W2’。在本實施例中，第二網格區段123S1的第二網格寬度W2與第二網格區段123S2的第二網格寬度W2’皆大於第一網格區段121S的第一網格寬度W1，但本揭露實施例並非以此為限。
此外，第二網格區段123S1的第二網格寬度W2可視需求與第二網格區段123S2的第二網格寬度W2’相同或不同。
第5圖可以是對應於固態成像裝置14的中央區域的剖面圖，而第6圖可以是對應於固態成像裝置14的邊緣區域的剖面圖。相較於第5圖，第6圖所示之綠色濾光片層115G(綠色濾光片區段115GS)的位置、藍色濾光片層115B(藍色濾光片區段115BS)的位置以及聚光結構119相對於綠色濾光片層115G(綠色濾光片區段115GS)與藍色濾光片層115B(藍色濾光片區段115BS)的位置可產生位移，使得光電轉換元件103在固態成像裝置14的不同區域(例如，中央區域及邊緣區域)所吸收相同的顏色(例如，綠色、藍色或紅色)的亮度可更加一致。
在一些實施例中，第5圖所示的第二網格區段123S1的第二網格寬度W2與第二網格區段123S2的第二網格寬度W2’以及第6圖所示的第二網格區段123S3的第二網格寬度W2’’與第二網格區段123S4的第二網格寬度W2’’’可視需求彼此相同或不同。
再者，在一些實施例中，兩個相鄰的第二網格區段123S的距離可以是可變的。舉例來說，第5圖(其對應於固態成像裝置14的中央區域)中兩個相鄰的第二網格區段123S1與第二網格區段123S2的距離P2可與第6圖(其對應於固態成像裝置14的邊緣區域)中兩個相鄰的第二網格區段123S3與第二網格區段123S4的距離P2’不同。亦即，第二網格結構123的第二網格區段123S3與第二網格區段123S4可具有額外的位移，以使光電轉換元件103接收的訊號品質更好，但本揭露實施例並非以此為限。
第7圖顯示根據本揭露一實施例之固態成像裝置16的剖面圖。第8圖顯示根據本揭露另一實施例之固態成像裝置18的剖面圖。第9圖顯示根據本揭露又一實施例之固態成像裝置20的剖面圖。類似地，為了簡潔起見，第7圖至第9圖中可能省略固態成像裝置16的部分部件、固態成像裝置18的部分部件及固態成像裝置20的部分部件。
參照第7圖，固態成像裝置16可具有與第1圖至第3圖所示之固態成像裝置10類似的結構。其不同於固態成像裝置10之處在於，固態成像裝置16的第一網格結構121(第一網格區段121S)包含一第一基底部分121b及設置於第一基底部分121b之上的一第一添加部分121a，而固態成像裝置16的第二網格結構123(第二網格區段123S)包含一第二基底部分123b及設置於第二基底部分123b之上的一第二添加部分123a。
如第7圖所示，在一些實施例中，第一基底部分121b的高度H1b可等於第二基底部分123b的高度H2b，而第一添加部分121a的高度H1a可高於第二添加部分123a的高度H2a，使得第二網格結構123(第二網格區段123S)的高度H2可低於第一網格結構121(第一網格區段121S)的高度H1，但本揭露實施例並非以此為限。
在一些實施例中，第一網格結構121的第一基底部分121b的材料可與第二網格結構123的第二基底部分123b的材料相同，而第一網格結構121的第一添加部分121a的材料可與第二網格結構123的第二添加部分123a的材料相同，但本揭露實施例並非以此為限。
參照第8圖，固態成像裝置18可具有與第1圖至第3圖所示之固態成像裝置10類似的結構。其不同於固態成像裝置10之處在於，固態成像裝置18的第一網格結構121(第一網格區段121S)也可設置於綠色濾光片區段115GS之間，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，第一網格結構121(第一網格區段121S)也可設置於藍色濾光片區段115BS之間、紅色濾光片區段115RS之間或其他彩色濾光片區段之間。亦即，第一網格結構121的一些第一網格區段121S可設置於相同顏色的兩個彩色濾光片區段之間。
如第8圖所示，兩個相鄰的第一網格區段121S的距離也可以是可變的(例如，距離P1與距離P1’)。在本實施例中，兩個相鄰的第二網格區段123S的距離P2’’可較兩個相鄰的第一網格區段121S的距離P1或P1’更長，且其也可較第2圖或第3圖所示的兩個相鄰的第二網格區段123S的距離P2更長，但本揭露實施例並非以此為限。
在前述實施例中，第一網格結構121(第一網格區段121S)或第二網格結構123(第二網格區段123S)在固態成像裝置的剖面圖中被繪示為矩形，但本揭露實施例並非以此為限。參照第9圖，在固態成像裝置20的剖面圖中，第一網格結構121(第一網格區段121S)可形成為一梯形，且第二網格結構123(第二網格區段123S)可形成為一梯形。亦即，第一網格結構121的第一網格區段121S的頂部的寬度可小於第一網格結構121的第一網格區段121S的底部的寬度，且第二網格結構123的第二網格區段123S的頂部的寬度可小於第二網格結構123的第二網格區段123S的底部的寬度，但本揭露實施例並非以此為限。
第10圖顯示根據本揭露一實施例之固態成像裝置22的剖面圖。參照第10圖，固態成像裝置22可具有與第1圖至第3圖所示之固態成像裝置10類似的結構。其不同於固態成像裝置10之處在於，固態成像裝置22的每個聚光結構119’對應於兩個綠色濾光片區段115GS及兩個藍色濾光片區段115BS，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119’可對應於紅色濾光片區段或其他彩色濾光片區段，且每個聚光結構119’所對應的彩色濾光片區段的數量可為兩個或超過兩個。
第11圖顯示根據本揭露另一實施例之固態成像裝置24的一部分的剖面圖。第12圖顯示固態成像裝置24的另一部分的剖面圖。舉例來說，第11圖可以是對應於固態成像裝置24的中央區域的剖面圖，而第12圖可以是對應於固態成像裝置24的邊緣區域的剖面圖。
參照第11圖與第12圖，固態成像裝置24可具有與第10圖所示之固態成像裝置22類似的結構。亦即，每個聚光結構119’對應於至少兩個綠色濾光片區段115GS及至少兩個藍色濾光片區段115BS，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119’可對應於紅色濾光片區段或其他彩色濾光片區段，且每個聚光結構119’所對應的彩色濾光片區段的數量可為兩個或超過兩個。
與固態成像裝置22的不同之處在於，在第11圖與第12圖所示的固態成像裝置24中，第二網格結構123’(第二網格區段123S’)的第二網格高度H2’等於第一網格結構121(第一網格區段121S)的第一網格高度H1。類似地，綠色濾光片層115G的高度HG與藍色濾光片層115B的高度HB皆低於第二網格結構123’的第二網格高度H2’(且低於第一網格結構121的第一網格高度H1)，但本揭露實施例並非以此為限。
相較於第11圖，第12圖所示之綠色濾光片層115G(綠色濾光片區段115GS)的位置、藍色濾光片層115B(藍色濾光片區段115BS)的位置以及聚光結構119’相對於綠色濾光片層115G(綠色濾光片區段115GS)與藍色濾光片層115B(藍色濾光片區段115BS)的位置可產生位移，使得光電轉換元件103在固態成像裝置24的不同區域(例如，中央區域及邊緣區域)所吸收相同的顏色(例如，綠色、藍色或紅色)的亮度可更加一致。
在一些實施例中，兩個相鄰的第一網格區段121S的距離P1與兩個相鄰的第二網格區段123S’的距離P2不同，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，兩個相鄰的第一網格區段121S的距離P1可與兩個相鄰的第二網格區段123S’的距離P2相等或相近。
再者，在一些實施例中，兩個相鄰的第二網格區段123S’的距離可以是可變的。舉例來說，第11圖(其對應於固態成像裝置24的中央區域)中兩個相鄰的第二網格區段123S’的距離P2可與第12圖(其對應於固態成像裝置24的邊緣區域)中兩個相鄰的第二網格區段123S’的距離P2’不同。亦即，在固態成像裝置24的邊緣區域中的第二網格區段123S’可具有額外的位移，以使光電轉換元件103接收的訊號品質更好，但本揭露實施例並非以此為限。
第13圖顯示根據本揭露又一實施例之固態成像裝置26的一部分的剖面圖。第14圖顯示固態成像裝置26的另一部分的剖面圖。舉例來說，第13圖可以是對應於固態成像裝置26的中央區域的剖面圖，而第14圖可以是對應於固態成像裝置26的邊緣區域的剖面圖。
參照第13圖與第14圖，固態成像裝置26可具有與第11圖與第12圖所示之固態成像裝置24類似的結構。亦即，每個聚光結構119’對應於至少兩個綠色濾光片區段115GS及至少兩個藍色濾光片區段115BS，且第二網格結構123’(第二網格區段123S’)的第二網格高度H2’等於第一網格結構121’(第一網格區段121S)的第一網格高度H1。
與固態成像裝置24的不同之處在於，在第13圖與第14圖所示的固態成像裝置26中，綠色濾光片層115G的高度HG與藍色濾光片層115B的高度HB皆高於第二網格結構123’的第二網格高度H2’(且高於第一網格結構121的第一網格高度H1)。
類似地，相較於第13圖，第14圖所示之綠色濾光片層115G(綠色濾光片區段115GS)的位置、藍色濾光片層115B(藍色濾光片區段115BS)的位置以及聚光結構119’相對於綠色濾光片層115G(綠色濾光片區段115GS)與藍色濾光片層115B(藍色濾光片區段115BS)的位置可產生位移，使得光電轉換元件103在固態成像裝置26的不同區域(例如，中央區域及邊緣區域)所吸收相同的顏色(例如，綠色、藍色或紅色)的亮度可更加一致。
在一些實施例中，兩個相鄰的第一網格區段121S的距離P1與兩個相鄰的第二網格區段123S’的距離P2不同，但本揭露實施例並非以此為限。在一些其他的實施例中，兩個相鄰的第一網格區段121S的距離P1可與兩個相鄰的第二網格區段123S’的距離P2相等或相近。
再者，在一些實施例中，兩個相鄰的第二網格區段123S’的距離可以是可變的。舉例來說，第13圖(其對應於固態成像裝置26的中央區域)中兩個相鄰的第二網格區段123S’的距離P2可與第14圖(其對應於固態成像裝置26的邊緣區域)中兩個相鄰的第二網格區段123S’的距離P2’不同。亦即，在固態成像裝置26的邊緣區域中的第二網格區段123S’可具有額外的位移，以使光電轉換元件103接收的訊號品質更好，但本揭露實施例並非以此為限。
第15圖顯示根據本揭露一實施例之固態成像裝置30的上視圖。第16圖顯示根據本揭露另一實施例之固態成像裝置32的上視圖。第17圖顯示根據本揭露又一實施例之固態成像裝置34的上視圖。
如第15圖所示，固態成像裝置30的第一網格結構121定義複數個感測區域S，且每個感測區域S可包含九(3 2)個綠色濾光片區段115GS、九(3 2)個藍色濾光片區段115BS或九(3 2)個紅色濾光片區段115RS，但本揭露實施例並非以此為限。
如第16圖所示，固態成像裝置32的第一網格結構121定義複數個感測區域S，且每個感測區域S可包含十六(4 2)個綠色濾光片區段115GS、十六(4 2)個藍色濾光片區段115BS或十六(4 2)個紅色濾光片區段115RS，但本揭露實施例並非以此為限。
如第17圖所示，固態成像裝置34的第一網格結構121定義複數個感測區域S，且每個感測區域S可包含二十五(5 2)個綠色濾光片區段115GS、二十五(5 2)個藍色濾光片區段115BS或二十五(5 2)個紅色濾光片區段115RS，但本揭露實施例並非以此為限。
應注意的是，每個感測區域S中所包含的第一彩色濾光片區段或第二彩色濾光片區段的數量不限於前述實施例，可根據實際需求而改變。
綜上所述，相較於具有不變的網格高度的傳統網格結構，本揭露實施例的固態成像裝置包含具有不同網格高度的第一網格結構及第二網格結構，其可防止網格結構產生繞射，進而提高來自固態成像裝置的光電轉換元件(例如可排列於複數個正規像素與複數個相位檢測自動對焦(PDAF)像素中)的影像訊號的品質。再者，在本揭露實施例中，也可改善固態成像裝置中不同彩色濾光片層之間的混色。
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。
10,12,14,16,18,20,22,24,26,30,32,34:固態成像裝置 101:半導體基板 101F:前側表面 101B:背側表面 103:光電轉換元件 105:佈線層 107:高介電常數膜 109:緩衝層 111:金屬網格 115B:藍色濾光片層 115BS:藍色濾光片區段 115G:綠色濾光片層 115GS:綠色濾光片區段 115R:紅色濾光片層 115RS:紅色濾光片區段 119,119’:聚光結構 121:第一網格結構 121a:第一添加部分 121b:第一基底部分 121S:第一網格區段 123,123’:第二網格結構 123a:第二添加部分 123b:第二基底部分 123S,123S1,123S2,123S3,123S4:第二網格區段 H1:第一網格高度 H1a:第一添加部分的高度 H1b:第一基底部分的高度 H2,H2’:第二網格高度 H2a:第二添加部分的高度 H2b:第二基底部分的高度 HB:藍色濾光片層的高度 HG:綠色濾光片層的高度 HR:紅色濾光片層的高度 P1,P1’:兩個相鄰的第一網格區段的距離 P2,P2’,P2’’:兩個相鄰的第二網格區段的距離 P:正規像素 PDAF:相位檢測自動對焦像素 S:感測區域 W1:第一網格寬度 W2,W2’,W2’’,W2’’’:第二網格寬度 A-A’:剖面線 B-B’:剖面線
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圖顯示根據本揭露一實施例之固態成像裝置的上視圖。 第2圖顯示沿著第1圖中A-A’剖面線所切之固態成像裝置的剖面圖。 第3圖顯示沿著第1圖中B-B’剖面線所切之固態成像裝置的剖面圖。 第4圖顯示根據本揭露另一實施例之固態成像裝置的剖面圖。 第5圖顯示根據本揭露又一實施例之固態成像裝置的一部分的剖面圖。 第6圖顯示固態成像裝置的另一部分的剖面圖。 第7圖顯示根據本揭露一實施例之固態成像裝置的剖面圖。 第8圖顯示根據本揭露另一實施例之固態成像裝置的剖面圖。 第9圖顯示根據本揭露又一實施例之固態成像裝置的剖面圖。 第10圖顯示根據本揭露一實施例之固態成像裝置的剖面圖。 第11圖顯示根據本揭露另一實施例之固態成像裝置的一部分的剖面圖。 第12圖顯示固態成像裝置的另一部分的剖面圖。 第13圖顯示根據本揭露又一實施例之固態成像裝置的一部分的剖面圖。 第14圖顯示固態成像裝置的另一部分的剖面圖。 第15圖顯示根據本揭露一實施例之固態成像裝置的上視圖。 第16圖顯示根據本揭露另一實施例之固態成像裝置的上視圖。 第17圖顯示根據本揭露又一實施例之固態成像裝置的上視圖。
10:固態成像裝置
101:半導體基板
101F:前側表面
101B:背側表面
103:光電轉換元件
105:佈線層
107:高介電常數膜
109:緩衝層
111:金屬網格
115B:藍色濾光片層
115BS:藍色濾光片區段
115G:綠色濾光片層
115GS:綠色濾光片區段
119:聚光結構
121:第一網格結構
121S:第一網格區段
123:第二網格結構
123S:第二網格區段
H1:第一網格高度
H2:第二網格高度
HB:藍色濾光片層的高度
HG:綠色濾光片層的高度
P1:兩個相鄰的第一網格區段的距離
P2:兩個相鄰的第二網格區段的距離

Claims (13)

  1. 一種固態成像裝置，包括： 複數個光電轉換元件； 一第一彩色濾光片層，設置於該些光電轉換元件上方並具有複數個第一彩色濾光片區段； 一第二彩色濾光片層，設置於該些光電轉換元件上方並與該第一彩色濾光片層相鄰，且具有複數個第二彩色濾光片區段； 一第一網格結構，設置於該第一彩色濾光片層與該第二彩色濾光片層之間，且具有一第一網格高度；以及 一第二網格結構，設置於該些第一彩色濾光片區段之間與該些第二彩色濾光片區段之間，且具有一第二網格高度，該第二網格高度低於或等於該第一網格高度。
  2. 如請求項1之固態成像裝置，其中該第一彩色濾光片層的高度與該第二彩色濾光片層的高度皆低於該第一網格高度，且該第一彩色濾光片層的高度與該第二彩色濾光片層的高度皆高於或等於該第二網格高度。
  3. 如請求項1之固態成像裝置，其中該第一彩色濾光片層的高度與該第二彩色濾光片層的高度皆低於該第一網格高度，該第一彩色濾光片層的高度高於或等於該第二網格高度，而該第二彩色濾光片層的高度低於該第二網格高度。
  4. 如請求項1之固態成像裝置，其中該第一彩色濾光片層的高度與該第二彩色濾光片層的高度皆低於該第一網格高度，且該第一彩色濾光片層的高度與該第二彩色濾光片層的高度皆低於該第二網格高度。
  5. 如請求項1之固態成像裝置，其中在該固態成像裝置的一剖面圖中，該第二網格結構包括複數個網格區段，且兩個相鄰的網格區段的距離是可變的。
  6. 如請求項1之固態成像裝置，其中該第一網格結構包括一第一基底部分及設置於該第一基底部分之上的一第一添加部分，該第二網格結構包括一第二基底部分及設置於該第二基底部分之上的一第二添加部分，該第一基底部分的高度等於該第二基底部分的高度，而該第一添加部分的高度高於該第二添加部分的高度。
  7. 如請求項1之固態成像裝置，其中該第一網格結構包括一第一基底部分及設置於該第一基底部分之上的一第一添加部分，該第二網格結構包括一第二基底部分及設置於該第二基底部分之上的一第二添加部分，該第一基底部分的材料與該第二基底部分的材料相同，而該第一添加部分的材料與該第二添加部分的材料相同。
  8. 如請求項1之固態成像裝置，其中該些光電轉換元件排列於複數個正規像素與複數個相位檢測自動對焦像素中，該些相位檢測自動對焦像素被該些正規像素所圍繞。
  9. 如請求項1之固態成像裝置，其中在該固態成像裝置的一剖面圖中，該第一網格結構形成為一梯形，且該第二網格結構形成為一梯形。
  10. 如請求項1之固態成像裝置，更包括： 複數個聚光結構，設置於該第一彩色濾光片層與該第二彩色濾光片層之上， 其中該些聚光結構的每一個對應於該些第一彩色濾光片區段及該些第二彩色濾光片區段的其中一個。
  11. 如請求項1之固態成像裝置，更包括： 複數個聚光結構，設置於該第一彩色濾光片層與該第二彩色濾光片層之上， 其中該些聚光結構的每一個對應於該些第一彩色濾光片區段及該些第二彩色濾光片區段的其中至少兩個，該第二網格高度等於該第一網格高度，在該固態成像裝置的一剖面圖中，該第一網格結構包括複數個第一網格區段，該第二網格結構包括複數個第二網格區段，且兩個相鄰的第二網格區段的距離是可變的。
  12. 如請求項1之固態成像裝置，其中在該固態成像裝置的一上視圖中，該第一網格結構定義複數個感測區域，該些感測區域的每一個包括x 2個第一彩色濾光片區段或x 2個第二彩色濾光片區段，且x為大於或等於2的正整數。
  13. 如請求項1之固態成像裝置，其中該第一網格結構的折射率與該第二網格結構的折射率低於該第一彩色濾光片層的折射率與該第二彩色濾光片層的折射率，且該第一網格結構的折射率與該第二網格結構的折射率介於1.0至1.99之間。
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