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TWI893560B - 半導體裝置、製造其的方法及用於半導體裝置的系統 - Google Patents

半導體裝置、製造其的方法及用於半導體裝置的系統

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Publication number
TWI893560B
TWI893560B TW112147656A TW112147656A TWI893560B TW I893560 B TWI893560 B TW I893560B TW 112147656 A TW112147656 A TW 112147656A TW 112147656 A TW112147656 A TW 112147656A TW I893560 B TWI893560 B TW I893560B
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TW
Taiwan
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photodiode
opening
pixel
photodiodes
sensor
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TW112147656A
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English (en)
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TW202517082A (zh
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張治平
王銘義
丁世汎
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

提供一種半導體裝置、製造其的方法及用於半導體裝置的 系統。畫素陣列的金屬柵格可以被圖案化為在光電二極體的上方具有不同尺寸的開口。因此，可以形成具有不同靈敏度的光電二極體的均勻畫素陣列。舉例來說，畫素陣列可以包括低靈敏度光電二極體(LSPD)、中靈敏度光電二極體(MSPD)和高靈敏度光電二極體(HSPD)。LSPD、MSPD和HSPD具有不同的捕獲速率。因此，通過組合LSPD、MSPD和HSPD的訊號可以實現更高的動態範圍。

Description

半導體裝置、製造其的方法及用於半導體裝置 的系統
本發明的實施例是有關於一種半導體裝置、製造其的方法以及用於半導體裝置的系統。
互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器利用光敏CMOS電路將光能量轉換為電性能量。光敏CMOS電路可以包括形成在矽基板中的光電二極體。當光電二極體暴露於光時，光電二極體中會感應出電性電荷(稱為光電流)。光電二極體可以耦合到開關電晶體(switching transistor)，其用於光電二極體的電荷進行採樣。可以通過將過濾器放在光敏CMOS電路上來確定顏色。
CMOS的畫素感測器接收到的光影像感測器通常是基於三種基色：紅、綠、藍(R、G、B)。可以通過使用彩色濾光片來定義感測每種顏色的光的畫素感測器，該彩色濾光片允許特定顏色的光波長進入光電二極體中。一些畫素感測器可以包括近紅外線(NIR)穿通過濾器，其中阻擋可見光且NIR光穿透到光電二極體。
本發明實施例的一種半導體裝置，包括：第一光電二極體，與金屬層中的第一開口相關聯；以及第二光電二極體，與所述金屬層中的第二開口相關聯，其中所述第二開口小於所述第一開口，且其中所述第一光電二極體的尺寸與所述第二光電二極體的尺寸的比率在大約0.9至大約1.1的範圍內。
本發明實施例的一種製造半導體裝置的方法，包括：在基底中的多個光電二極體的上方形成金屬層；圖案化所述金屬層，以至少在所述多個光電二極體中的第一光電二極體的上方形成第一開口以及所述多個光電二極體中的第二光電二極體的上方形成第二開口，其中所述第二開口小於所述第一開口；以及在所述第一開口和所述第二開口中形成鈍化層。
本發明實施例的一種用於半導體裝置的系統，包括：畫素感測器，包括：金屬層，被配置為反射光；第一光電二極體的組，與所述金屬層中對應的第一開口的組相關聯；第二光電二極體的組，每個所述第二光電二極體具有與每個所述第一光電二極體大約相同的尺寸，與所述金屬層中的相應的第二開口的組相關聯，每個所述第二開口都小於每個所述第一開口；隔離結構；以及電路，被配置為由所述第一光電二極體的組及所述第二光電二極體的組輸出電性訊號。
100、360:畫素陣列
102、200、230、260:畫素感測器
202:光電二極體
204:隔離結構
206:基底
208:金屬層
210、232、262、902、904、906:開口
212、212a、212b、212c:區
908、908a、908b、908c:鈍化層
214:微透鏡
300、330:畫素陣列
302:亞畫素
304、400、500、600、700、800:畫素
402、402a、402b:節點
404:閘極
404a、404b、404c、404d:轉移閘極
430、530、630、730、830:電路
434:重置閘極
436:電容
438、440:電晶體
442、442a、442b:接地節點
444:讀出節點
460、560、660、760、860:圖表
534、536:GC閘極
900:示例性實施
910:介電層
1000:製程
1010、1020、1030:方塊
藉由結合附圖閱讀以下詳細說明，會最佳地理解本揭露的態樣。應注意，根據行業中的標準慣例，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。另外，附圖作為本發明實施例或實例是示例性的並且不旨在進 行限制。
圖1是本文所描述示例性畫素陣列的圖。
圖2A-2C是本文所描述的示例性半導體結構的圖。
圖3A-3C是本文所描述的示例性亞畫素的圖。
圖4A-4C是本文所描述或示例性畫素感測器的圖。
圖5A-5C是本文所描述的示例性畫素感測器的圖。
圖6A-6C是本文所描述的示例性畫素感測器的圖。
圖7A-7C是本文所描述的示例性畫素感測器的圖。
圖8A-8C是本文所描述的示例性畫素感測器的圖。
圖9A-9E是本文所描述的示例性實施的圖。
圖10是與形成本文所描述的半導體結構相關聯的示例性製程的流程圖。
以下揭露內容提供用於實施所提供標的物的不同特徵的若干不同實施例或實例。以下闡述組件及佈置的具體實例以簡化本揭露。當然，該些僅為實例且不旨在進行限制。舉例而言，以下說明中將第一特徵形成於第二特徵的上方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，且亦可包括其中第一特徵與第二特徵之間可形成有附加特徵進而使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本揭露可能在各種實例中重複使用參考編號或字母。此種重複使用是出於簡潔及清晰的目的，而不是自身表示所論述的各種實施例或配置之間的關係。
此外，為易於說明，本文中可能使用例如「位於...之下 (beneath)」、「位於...下方(below)」、「下部的(lower)」、「位於...上方(above)」、「上部的(upper)」及類似用語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示的定向外亦囊括裝置在使用或操作中的不同定向。設備可具有其他定向(旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用的空間相對性描述語可同樣相應地進行解釋。
影像感測器的動態範圍基於感測器相對於影像感測器中的雜訊的電容(capacity)(舉例來說，以電子測量)。此範圍通常以分貝(dB)表示。為了增加動態範圍，影像感測器可以包括具有大光電二極體(LPD)和小光電二極體(SPD)的畫素陣列。LPD和SPD具有不同的捕獲速率。通過將LPD和SPD的訊號組合起來而增加感測器的電容，從而實現更大的動態範圍。然而，由於LPD和SPD的尺寸不同，因此畫素陣列有點不規則，這會降低隔離結構(舉例來說，淺溝槽隔離(STI)和背面深溝槽隔離(BDTI))的功效。另外，隔離結構的形成可能很複雜(例如，導致功率、製程資源和原料消耗增加以及製程窗口增加)。結果，暗性能(dark performance)因光電二極體洩漏增加而退化。
增加動態範圍的一種方法就是使用一個側向溢出集成電容(LOFIC)感測器。由於與LPD和SPD組合相比，LOFIC感測器的電容增加，因此可以實現約120dB的動態範圍。然而，為了更增加LOFIC感測器的動態範圍(例如，達到140dB或超過140dB)，需要使用額外的曝光，這會導致運動偽像和影像模糊。
為了減少畫素陣列上的畫素感測器之間的串擾，通常在畫素陣列的光電二極體上的開口沉積金屬柵格。光電二極體以上本文所述的一些實施方式提供了用於在光電二極體上方圖案化具有不同尺寸開口的金屬柵格的技術和裝置。因此，可以形成不同靈敏度的光電二極體的均勻畫素陣列。舉例來說，畫素陣列可以包括低靈敏度光電二極體(LSPD)、中靈敏度光電二極體(MSPD)和高靈敏度光電二極體(HSPD)。LSPD、MSPD和HSPD具有不同的捕獲速率。因此，通過組合LSPD、MSPD和HSPD的訊號可以實現更高的動態範圍。舉例來說，由於電容增加，畫素陣列可以實現大約140dB或更高的動態範圍。此外，與結合LPD和SPD的畫素陣列相比，所述畫素陣列表現出更好的暗性能。由於畫素陣列中的每個光電二極體大約是相同的尺寸，因此與包括LPD和SPD的組合的不規則畫素陣列相比，光電二極體洩漏減少。
在一些示例中，通過將用於畫素陣列的LSPD添加LOFIC。使動態範圍更擴展。另外或替代地，畫素陣列中的多個光電二極體可以是共用單個微透鏡。因此，可以使用來自共用的單微透鏡的HSPD的訊號來執行相位檢測自動對焦(phase detection auto focus，PDAF)。
圖1是本文所述的示例性畫素陣列100(或其部分)的圖。畫素陣列100可以包括在影像感測器中，例如互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器、背側照明(BSI)CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
圖1顯示了畫素陣列100的俯視圖。如圖1所示，畫素陣列100可以包括多個畫素感測器102。如圖1進一步所示，畫素 感測器102可以配置成柵格。在一些示例中，畫素感測器102是正方形的(如圖2中的示例性所示)。在一些示例中，畫素感測器102包括其他形狀，例如圓形、八邊形、鑽石形狀和/或其他形狀。
畫素感測器102可以被配置為感測和/或累積入射光(例如，引導到畫素陣列100的光)。舉例來說，畫素感測器102可以吸收入射光的光子並將其累積在光電二極體中。光電二極體中的光子的堆積可以產生表示入射光的強度或亮度的電荷(例如，較大量的電荷可以對應於較大的強度或亮度，並且較低量的電荷可以對應於較低的強度或亮度)。
畫素陣列100可以是電性連接至影像感測器的後端製程(BEOL)金屬化堆疊(未示出)。BEOL金屬化堆疊可將畫素陣列100電性連接至控制電路(control circuitry)，所述控制電路可用於測量畫素感測器102中的入射光的堆積並將測量結果轉換為電性訊號。
如上所述，提供圖2作為示例性。其他示例性可能與圖2中的描述不同。舉例來說，畫素感測器102可以通過隔離結構(例如，如結合與圖2A和2C所述)例如深溝槽隔離(DTI)結構來電性隔離和光隔離。隔離結構可以包括多個內連線的溝槽，其填充有介電材料，例如氧化物材料。隔離結構的溝槽可以包含在畫素感測器102的周邊周圍，使得隔離結構圍繞畫素感測器102。此外，隔離結構的溝槽可以延伸到其中形成有畫素感測器102的基底中，以圍繞基板中畫素感測器102的光電二極體和其他結構。在一些示例中，隔離結構包括由畫素陣列100的背側形成的具有高深寬比的背側DTI(BDTI)結構。
圖2A是本文所述的示例性畫素感測器200的圖。示例性畫素感測器200包括與大電容相關聯(associated with)的金屬柵格開口；因此，示例性畫素感測器200中的光電二極體是HSPD。在一些示例中，圖2A中所示的示例性畫素感測器200可以包括畫素陣列100(或其部分)，或可以包括在畫素陣列100(或其部分)中。在一些示例中，示例性畫素感測器200可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
畫素感測器200可以包括光電二極體202。光電二極體202可以包括基底(例如，基底206)的區，所述區摻雜有多個類型的離子，以形成PN接面或PIN接面(例如，p型部分、本徵(或未摻雜)型部分和n型部分之間的接面)。舉例來說，基底可以是摻雜有n型摻質劑以形成光電二極體202的第一部分(例如，n型部分)和p型摻質劑以形成光電二極體202的第二部分(例如，p型部分)。光電二極體202可以被配置為吸收入射光的光子。光子的吸收由於光電效應而引起光電二極體202累積電荷(稱為光電流)。在此處，光子轟擊光電二極體202，導致光電二極體202的電子的發射。電子的發射導致電子-電洞對的形成，其中電子向光電二極體202的陰極遷移，電洞向陽極遷移，產生光電流。
隔離結構204可以包圍光電二極體202。隔離結構204通過阻擋或防止光從畫素感測器200擴散或滲漏到另一個畫素感測器來提供光學隔離，從而減少鄰近畫素感測器之間的串擾。隔離結構204可以包括塗有或襯有抗反射塗層(ARC)並且填充有介電層(例如，在ARC的上方)的溝槽或DTI結構。隔離結構204可 以形成為柵格佈局，其中隔離結構204圍繞畫素陣列(例如畫素陣列100)中的畫素感測器的周邊延伸並且在畫素陣列的各個位置處相交。在一些示例中，隔離結構204形成在基底206的背面中，因此可以稱為BDTI結構。
基底206可以包括半導體晶粒基底、半導體晶圓或其中可以形成半導體畫素的另一種類型的基底。在一些示例中，基底206由矽(Si)、包括矽的材料、諸如砷化鎵(GaAs)的III-V化合物半導體材料、絕緣體上矽(SOI)或另一種類型的半導體材料形成，使其能夠從入射光的光子產生電荷。
金屬層208可以包括在基底206上和/或上方(例如，在光電二極體202和隔離結構204的上方)。金屬層208可以包括金屬材料，例如鎢(W)、銅(Cu)、鋁(Al)、鈷(Co)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、另一種導電材料，和/或包括前述中一種或多種的合金。可以蝕刻金屬層208，使得在畫素陣列(例如，畫素陣列100)中的畫素感測器之間形成柵格結構。舉例來說，柵格結構可以包括金屬層208的多個內連線的柱，其中柱的橫截面在圖2A中的透視圖中被示出。柵格結構可以圍繞畫素感測器200的周邊，並且可以被配置為與隔離結構204結合來實現提供額外的串擾減少和/或緩解。
在一些示例中，為了進一步減少串擾，在柵格結構中包含介電層和/或空氣間隙。舉例來說，介電層可以包括氧化物材料，例如氧化矽(SiOx)(例如，二氧化矽(SiO2))、氮化矽(SiNx)、矽碳化物(SiCx)、氮化鈦(TiNx)、氮化鉭(TaNx)、氧化鉿(HfOx)、氧化鉭(TaOx)、或氧化鋁(AlOx)、或能夠提供光學隔離的另一種 介電材料。另外，或可選地，由於空氣的折射指數非常低(大約小於1.0001，這非常接近真空定義為1的折射指數)，所以空氣間隙(air gap)可提供光學隔離，因此入射光很可能會在空氣間隙發生全反射。
如圖2A所示，開口210形成在金屬層208中和光電二極體202的上方。在一些示例中，與開口210相關聯的寬度(例如，由畫素感測器200中的w1表示)與畫素感測器200相關聯的間距的比率在約0.8至約1.0的範圍內。通過選擇至少0.8的比率，將畫素感測器200的光電二極體202用作HSPD一選擇較小的比率會使阻擋的光過多。如圖2A所示，與開口210相關聯的寬度可以大約等於與開口210相關聯的長度(例如，在5%或10%的誤差範圍內)。因此、開口210大約為正方形。或者，與開口210相關聯的寬度可以大於與開口210相關聯的長度，如結合圖3C所述。
在一些示例中，畫素感測器200更包括至少一個光減少過濾器(light reduction filter，LRF)。舉例來說，LRF可以形成在光電二極體202上方和金屬層208下方和/或可以形成在金屬層208上方和彩色濾光片區212下方。至少一個LRF可以與開口210結合，允許調整到達光電二極體202的光的量。
鈍化層可以包含在金屬層208上方以及未被金屬層208覆蓋的基底206的部分的上方。鈍化層可以包括氧化物材料，來為在鈍化層下方的層以及形成在鈍化層上方的結構提供保護。
彩色濾光片區212可以包含在光電二極體202上方以及鈍化層上。彩色濾光片區212可以被配置為過濾入射光以允許特定的波長入射光穿透到光電二極體202。例如，舉例來說，彩色濾 光片區212可以是過濾紅色光(因此，畫素感測器200可以是紅色畫素感測器)，彩色濾光片區212可以是過濾綠色光(因此，畫素感測器200可以是綠色畫素感測器)，或者彩色濾光片區212可以是過濾藍色光(因此，其中，畫素感測器200可以是藍色畫素感測器)。藍色過濾器區可以允許構件附近的入射光450奈米(奈米)波長穿透彩色濾光片區212和阻擋其他波長通過。綠色過濾器區可以允許構件附近的入射光550奈米波長穿透彩色濾光片區212和阻擋其他波長通過。紅色過濾器區可以允許入射光附近的構件650奈米波長穿透彩色濾光片區212和阻擋其他波長通過。黃色過濾器區可以允許入射光的構件靠近580奈米波長穿透彩色濾光片區212和阻擋其他波長通過。
在一些示例中，彩色濾光片區212是非區別性non-discriminating)的或非過濾的(因此，畫素感測器200可以是白色的畫素感測器)。非區別性或非過濾彩色濾光片區可以包括允許光的所有波長進入相關聯的光電二極體202中的材料(例如，為了確定總體亮度以增加影像感測器的光靈敏度)。在一些示例中，彩色濾光片區212可以是近紅外線(NIR)帶通彩色濾光片區(near infrared(NIR)bandpass color filter region)(因此，畫素感測器200可以是NIR畫素感測器)。NIR帶通彩色濾光片區可以包括允許NIR波長範圍的入射光的部分傳遞到相關聯的光電二極體202，同時阻擋可見光不能通過的材料。
微透鏡214可以包含在彩色濾光片區212上和/或的上方。微透鏡214可以被形成為將入射光朝向畫素感測器200的光電二極體202聚焦。由於畫素感測器200的光電二極體202是HSPD， 所以微透鏡214可以設定有更大的焦距。
圖2B是本文所述的示例性畫素感測器230的圖。示例性畫素感測器230包括與中等電容相關聯的金屬柵格開口；相應地，示例性畫素感測器230中的光電二極體是MSPD。在一些示例中，圖2B中所示的示例性畫素感測器230可以包括畫素陣列100(或其部分)，或可以包括在畫素陣列100(或其部分)中。在一些示例中，示例性畫素感測器230可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
圖2B的示例性畫素感測器230與圖2A的示例性畫素感測器200類似。如圖2B所示，與金屬層208中的開口232相關聯的寬度(例如，在圖2B中由w2表示)與畫素感測器230相關聯的間距的比率在約0.5至約0.8的範圍內。選擇至少0.5的比率，將畫素感測器200的光電二極體202用作MSPD一選擇較小的比率會使阻擋的光過多。選擇不超過0.8的比率，畫素感測器200的光電二極體202也允許用作MSPD一選擇更大的比率會允許過多的光進入。如圖2B所示，與開口232相關聯的寬度可以大約等於與開口232相關聯的長度(例如，在錯誤的5%或10%誤差範圍內)。因此、開口232大約為正方形。或者，與開口232相關聯的寬度可以大於與開口232相關聯的長度，如結合圖3C所述。
圖2C是本文所述的示例性畫素感測器260的圖。示例性畫素感測器260包括與低電容關聯的金屬柵格開口；因此，示例性畫素感測器260中的光電二極體是LSPD。在一些示例中，圖2C中所示的示例性畫素感測器260可以包括畫素陣列100(或其部 分)，或可以包括在畫素陣列100(或其部分)中。在一些示例中，示例性畫素感測器260可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
圖2C的示例性畫素感測器260與圖2A的示例性畫素感測器200類似。如圖2C所示，與金屬層208中的開口262相關聯的寬度(例如，在圖2C中由w3表示)與畫素感測器260相關聯的間距的比率在從大約0.2到大約0.5的範圍內。選擇至少0.2的比率，可以使畫素感測器200的光電二極體202發揮作用一選擇較小的比率會使阻擋的光過多，而使光電二極體202的光產生可檢測的電流。選擇不超過0.5的比率，允許將畫素感測器200的光電二極體202用作LSPD，選擇較大的比率將允許過多的光進入。如圖2C所示，與開口262相關聯的寬度可以大約等於與開口262相關聯的長度(例如，在錯誤的5%或10%誤差範圍。因此、開口262大約為正方形。或者，與開口262相關聯的寬度可以大於與開口262相關聯的長度，如結合圖3C所述。
畫素感測器200、230和/或260可以組合在畫素陣列內(例如，圖1的畫素陣列100)。畫素感測器200、230和260具有不同的捕獲速率。因此，通過組合畫素感測器200、230和/或260中的訊號可以實現更高的動態範圍。因此，由於畫素陣列的電容增加，畫素陣列可以實現大約140dB或更高的動態範圍。此外，與結合LPD和SPD的畫素陣列相比，畫素陣列表現出更好的暗性能。
另外，畫素感測器200、230和260全部形成為大約相同 的尺寸(例如，每個光電二極體202具有與其他光電二極體的5%或10%誤差範圍內的體積)。舉例來說，一個光電二極體的尺寸的與另一光電二極體的尺寸的比率在約0.9至約1.1的範圍內。與包括LPD和SPD組合的不規則畫素陣列相比，因此，畫素陣列中的光電二極體的洩漏減少。
如上所述，提供圖2A-2C作為示例性。其他示例性可能與圖2A-2C所描述的不同。
圖3A是本文所描述的示例性畫素陣列300的圖。示例性畫素陣列300包括大約正方形的HSPD與大約正方形的LSPD的組合。在一些示例中，示例性畫素陣列300可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖3A所示，畫素陣列300包括HSPD(例如，包括在畫素感測器200中，如結合圖2A中所述)和LSPD(例如，包括在畫素感測器260中，如結合圖2C中所述)。畫素陣列300可以包括多個亞畫素(sub-pixels)，例如亞畫素302。舉例來說，每個亞畫素是圖3A中的一個單畫素感測器200或一個單畫素感測器260。「亞畫素」是至少一個畫素感測器，所述至少一個畫素感測器與至少一個其他亞畫素共用電路和/或微透鏡(例如，如結合圖4A-4C、5A-5C、6A-6C、7A-7C和8A-8C所描述的)。在圖3A中，三個HSPD和一個LSPD可以包括四個亞畫素，所述四個亞畫素共用電路和/或微透鏡以及在畫素陣列300中形成畫素304。
圖3B是本文所描述的示例性畫素陣列330的圖。示例性畫素陣列330包括大約正方形的HSPD與大約正方形的MSPD和 大約正方形的LSPD的組合。在一些示例中，示例性畫素陣列330可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖3B所示，畫素陣列330包括HSPD(例如，包括在畫素感測器200中，如結合圖2A中所述)、MSPD(例如，包括在畫素感測器230中，如結合圖2B中所述)和LSPD(例如，包括在畫素感測器260中，如結合圖2C中所述)。畫素陣列330可以包括多個亞畫素，例如亞畫素302。在圖3B中，兩個HSPD、一個MSPD和一個LSPD可以包括四個亞畫素，所述四個亞畫素共用電路和/或微透鏡以及在畫素陣列300中形成畫素304。
圖3C是本文所描述的示例性畫素陣列360的圖。示例性畫素陣列330包括加長(elongated)HSPD和加長LSPD組合。在一些示例中，示例性畫素陣列360可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖3C所示，畫素陣列360包括HSPD(例如，包括在畫素感測器200中，如結合圖2A中所述)和LSPD(例如，包括在畫素感測器260中，如結合圖2C中所述)。畫素陣列360可以包括多個亞畫素，例如亞畫素302。每個亞畫素都與金屬層中的一個開口相關聯，該金屬層的寬度大於長度，如圖3C所示。另外，在圖3C中，一個HSPD和一個LSPD可以包括兩個亞畫素，所述兩個個亞畫素共用電路和/或微透鏡以及在畫素陣列300中形成畫素304。
如上所述，提供圖3A-3C作為示例性。其他示例性可能 與關於圖3A-3C所描述的不同。
圖4A是本文所描述的示例性畫素400的圖。示例性畫素400包括具有HSPD的畫素感測器200(作為亞畫素)以及具有LSPD的畫素感測器260(作為亞畫素)。在一些示例中，示例性畫素400可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖4A所示，畫素感測器200和畫素感測器260共用浮置擴散(FD)節點402。因此，與畫素感測器200相關聯的轉移閘極404a和與畫素感測器260相關聯的轉移閘極404b都將訊號引導到同一個FD節點402。使用相同的FD節點402可以簡化設計，從而在製造期間節省功率、製程資源和原料資源。
在一些實施中，畫素感測器200和260可以共用微透鏡。使用共用微透鏡可以簡化設計，從而在製造期間節省功率、製程資源和原料資源。或者，畫素感測器200可以使用與畫素感測器260不同的微透鏡(例如，具有較短焦距的微透鏡)。使用不同的微透鏡可以從每個畫素感測器增加訊號的精度(accuracy)。
圖4B是本文所述的示例性電路430的圖。參照圖4A的示例性畫素400示出了示例性電路430。在一些示例中，示例性電路430可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖4B所示，來自畫素感測器200的光電二極體的訊號由轉移閘極404a控制，來自畫素感測器260的光電二極體的訊號由轉移閘極404b控制。此外，重置閘極(reset gate)434使用接地節點442將畫素400重置為零電荷。在一些示例中，為了在更 亮的條件下儲存來自畫素感測器200和260的額外電荷，在FD節點402附近包含雙轉換增益(DCG)電容436。源極跟隨器(SF)電晶體438和排選擇器(RS)電晶體440控制訊號從畫素感測器200和260到讀出節點444的輸出。
圖4C是本文所述的示例性範圍圖表460的圖。參照了圖4A的示例性畫素400示出了示例性範圍圖表460。如圖4C所示，因為與畫素感測器260相關聯的曝光時間跟隨(follow)與畫素感測器200相關聯的曝光時間，畫素400的總電容增加。因此，通過組合來自畫素感測器200和260的訊號所獲得的總訊號更大，並且因此獲致畫素400的更大動態範圍(例如，在至少140dB處)。
如上所述，提供圖4A-4C作為示例性。其他示例性可能與關於圖4A-4C所描述的不同。舉例來說，可以使用MSPD來取代HSPD或LSPD。
圖5A是本文所描述的示例性畫素500的圖。示例性畫素500包括具有HSPD的畫素感測器200(作為亞畫素)以及具有LSPD的畫素感測器260(作為亞畫素)。在一些示例中，示例性畫素500可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖5A所示，畫素感測器200與第一FD節點402a相關聯，畫素感測器260與第二FD節點402b相關聯。此外，轉移閘極404a將訊號從畫素感測器200引導到第一FD節點402a，轉移閘極404b將訊號從畫素感測器260引導到第二FD節點402b。使用單獨的FD節點允許使用LOFIC來進一步增加畫素500的動態範圍。
在一些實施例中，畫素感測器200和260可以共用微透鏡。使用共用微透鏡可以簡化設計，從而在製造期間節省功率、製程資源和原料資源。或者，畫素感測器200可以使用與畫素感測器260不同的微透鏡(例如，具有較短焦距的微透鏡)。使用不同的微透鏡可以從每個畫素感測器增加訊號的精度。
圖5B是本文所述的示例性電路530的圖。參照圖5A的示例性畫素500示出了示例性電路530。在一些示例中，示例性電路530可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖5B所示，來自畫素感測器200的光電二極體的訊號被轉移閘極404a引導到FD節點402a，並且來自畫素感測器260的光電二極體的訊號被轉移閘極404b引導到FD節點402b。此外，重置閘極434使用接地節點442a將畫素500重置為零電荷。在一些示例中，為了在更亮的條件下儲存來自畫素感測器200的額外電荷，在FD節點402a附近包含DCG電容436。類似地，為了儲存來自畫素感測器200的額外電荷，在FD節點402b附近包含LOFIC 532並且由增益控制(gain control，GC)閘極534來控制LOFIC 532。LOFIC 532也與接地節點442b相關聯。SF電晶體438和RS電晶體440與GC閘極536組合，控制訊號從畫素感測器200和260到讀出節點444的輸出。
圖5C是本文所述的示例性範圍圖表560的圖。參照了圖5A的示例性畫素500示出了示例性範圍圖表560。如圖5C所示，因為與畫素感測器260相關聯的曝光時間跟隨與畫素感測器200相關聯的曝光時間，畫素500的總電容增加。此外，LOFIC 532進 一步增加了與畫素感測器260相關聯的曝光時間。因此，所實現的總訊號更大，並且因此獲致畫素500的更大動態範圍(例如，在至少140dB處)。
如上所述，提供圖5A-5C作為示例性。其他示例性可能與關於圖5A-5C所描述的不同。舉例來說，可以使用MSPD來取代HSPD或LSPD。
圖6A是本文所描述的示例性畫素600的圖。示例性畫素600包括具有三個HSPD的畫素感測器200(作為亞畫素)以及一個具有LSPD的畫素感測器260(作為亞畫素)。在一些示例中，示例性畫素600可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖6A所示，畫素感測器200和畫素感測器260共用FD節點402。因此，與畫素感測器200相關聯的轉移閘極404a、404b和404c以及與畫素感測器260相關聯的轉移閘極404d都將訊號引導到同一個FD節點402。使用相同的FD節點402可以簡化設計，從而在製造期間節省功率、製程資源和原料資源。
在一些實施例中，畫素感測器200和260可以共用微透鏡。使用共用微透鏡可以簡化設計，從而在製造期間節省功率、製程資源和原料資源。此外，使用共用微透鏡允許使用來自畫素600中不同HSPD的訊號來執行PDAF。舉例來說，可以通過使用與轉移閘極404b分開的轉移閘極404a來執行水平方向中的PDAF。類似地，可以通過使用與轉移閘極404c分開的轉移閘極404b來執行垂直方向中的PDAF。或者，畫素感測器200可以使用與畫素感 測器260不同的微透鏡(例如，具有較短焦距的微透鏡)。使用不同的微透鏡可以從每個畫素感測器增加訊號的精度。
圖6B是本文所述的示例性電路630的圖。參照圖6A的示例性畫素600示出了示例性電路630。在一些示例中，示例性電路630可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖6B所示，來自畫素感測器200的光電二極體的訊號由轉移閘極404a、404b、404c控制，來自畫素感測器260的光電二極體的訊號由轉移閘極404d控制。此外，重置閘極434使用接地節點442將畫素600重置為零電荷。在一些示例中，為了在更亮的條件下儲存來自畫素感測器200和260的額外電荷，在FD節點402附近包括DCG電容436。SF電晶體438和RS電晶體440控制訊號從畫素感測器200和260到讀出節點444的輸出。
圖6C是本文所述的示例性範圍圖表660的圖。參照了圖6A的示例性畫素600示出了示例性範圍圖表660。如圖6C所示，因為與畫素感測器260相關聯的曝光時間跟隨與畫素感測器200相關聯的曝光時間，畫素600的總電容增加。因此，通過組合來自畫素感測器200和260的訊號所獲得的總訊號更大，並且因此獲致畫素600的更大動態範圍(例如，在至少140dB處)。
如上所述，提供圖6A-6C作為示例性。其他示例性可能與關於圖6A-6C所描述的不同。舉例來說，可以使用LSPD和HSPD的不同組合(例如，兩個LSPD與兩個HSPD等其他範例)。
圖7A是本文所描述的示例性畫素700的圖。示例性畫素700包括兩個具有HSPD的畫素感測器200(作為亞畫素)、一個 具有MSPD的畫素感測器230(作為亞畫素)和一個具有LSPD的的畫素感測器260(作為亞畫素)。在一些示例中，示例性畫素700可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖7A所示，畫素感測器200、230和260共用FD節點402。因此，與畫素感測器200相關聯的轉移閘極404a和404b、與畫素感測器230相關聯的轉移閘極404c以及與畫素感測器260相關聯的轉移閘極404d都將訊號引導到同一個FD節點402。使用相同的FD節點402可以簡化設計，從而在製造期間節省功率、製程資源和原料資源。
在一些示例中，畫素感測器200、230和260可以共用微透鏡。使用共用微透鏡可以簡化設計，從而在製造期間節省功率、製程資源和原料資源。或者，畫素感測器200可以使用與畫素感測器230和畫素感測器260不同的微透鏡(例如，具有較短焦距的微透鏡)。使用不同的微透鏡可以從每個畫素感測器增加訊號的精度。
圖7B是本文所述的示例性電路730的圖。參照圖7A的示例性畫素700示出了示例性電路730。在一些示例中，示例性電路730可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖7B所示，來自畫素感測器200的光電二極體的訊號由轉移閘極404a和404b控制，來自畫素感測器230的光電二極體的訊號由轉移閘極404c控制，來自畫素感測器260的光電二極體的訊號由轉移閘極404d控制。此外，重置閘極434使用接地節 點442將畫素700重置為零電荷。在一些示例中，為了在更亮的條件下儲存來自畫素感測器200、230和260的額外電荷，在FD節點402附近包含DCG電容436。SF電晶體438和RS電晶體440對照輸出控制訊號從畫素感測器200、230和260到讀出節點444的輸出。
圖7C是本文所述的示例性範圍圖表760的圖。參照了圖7A的示例性畫素700示出了示例性範圍圖表760。如圖7C所示，因為與畫素感測器260相關聯的曝光時間跟隨與畫素感測器230相關聯的曝光時間，且與畫素感測器230相關聯的曝光時間跟隨與畫素感測器200相關聯的曝光時間，畫素700的總電容增加。因此，通過組合來自畫素感測器200、230和260的訊號所獲得的總訊號更大，並且因此獲致畫素700的更大動態範圍(例如，在至少140dB處)。
如上所述，提供圖7A-7C作為示例性。其他示例性可能與關於圖7A-7C所描述的不同。舉例來說，可以使用LSPD、MSPD和HSPD的不同組合(例如，除了其他示例性之外，兩個LSPD具有MSPD和HSPD)。
圖8A是本文所描述的示例性畫素800的圖。示例性畫素800包括三個具有HSPD的畫素感測器200(作為亞畫素)以及一個具有LSPD的畫素感測器260(作為亞畫素)。在一些示例中，示例性畫素800可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖8A所示，畫素感測器200與第一FD節點402a相 關聯，畫素感測器260與第二FD節點402b相關聯。另外，轉移閘極404a、404b和404c將訊號來自畫素感測器200引導到第一FD節點402a，轉移閘極404將訊號來自畫素感測器260引導到第二FD節點402b。使用單獨的FD節點允許使用LOFIC來進一步增加畫素800的動態範圍。
在一些實施中，畫素感測器200和260可以共用微透鏡。使用共用微透鏡可以簡化設計，從而在製造期間節省功率、製程資源和原料資源。此外，使用共用微透鏡允許使用來自畫素800中不同HSPD的訊號來執行PDAF。舉例來說，可以通過使用與轉移閘極404b分開的轉移閘極404a來執行水平方向中的PDAF。類似地，可以通過使用與轉移閘極404c分開的轉移閘極404b來執行垂直方向中的PDAF。或者，畫素感測器200可以使用與畫素感測器260不同的微透鏡(例如，具有較短焦距的微透鏡)。使用不同的微透鏡可以從每個畫素感測器增加訊號的精度。
圖8B是本文所述的示例性電路830的圖。參照圖8A的示例性畫素800示出了示例性電路830。在一些示例中，示例性電路830可以包含在影像感測器中。影像感測器可以是CMOS影像感測器、BSI CMOS影像感測器或其他類型的影像感測器。
如圖8B所示，來自畫素感測器200的光電二極體的訊號被轉移閘極404a、404b和404c引導到FD節點402a，並且來自畫素感測器260的光電二極體的訊號被轉移閘極404d引導到FD節點402b。此外，重置閘極434使用接地節點442a將畫素800重置為零電荷。在一些示例中，為了在更亮的條件下儲存來自畫素感測器200的額外電荷，在FD節點402a附近包含DCG電容436。 類似地，為了儲存來自畫素感測器200的額外電荷，在FD節點402b附近包含LOFIC 532並且由GC閘極534來控制LOFIC 532。LOFIC 532也與接地節點442b相關聯。SF電晶體438和RS電晶體440與GC閘極536組合，控制訊號從畫素感測器200和260到讀出節點444的輸出。
圖8C是本文所述的示例性範圍圖表860的圖。參照了圖8A的示例性畫素800示出了示例性範圍圖表860。如圖8C所示，因為與畫素感測器260相關聯的曝光時間跟隨與畫素感測器200相關聯的曝光時間，畫素800的總電容增加。此外，LOFIC 532進一步了與畫素感測器260相關聯的曝光時間。因此，因此，所實現的總訊號更大，並且因此獲致畫素800的更大動態範圍(例如，在至少140dB處)。
如上所述，提供圖8A-8C作為示例性。其他示例性可能與關於圖8A-8C所描述的不同。舉例來說，可以使用LSPD和HSPD的不同組合(例如，兩個LSPD與兩個HSPD等範例)。
圖9A-9E是本文所述的示例性實施900的圖。示例性實施900可以是用於在金屬柵格中形成不同尺寸的開口的畫素陣列的示例性製程或方法。結合圖9A-9E中描述的技術的結果，產生尺寸大約相同但與金屬柵格中不同尺寸的開口相關聯的光電二極體。
如圖9A所示，用於形成畫素陣列的示例性製程可以結合基底206來進行。如上所述，基底206可以包括半導體晶粒基底、半導體晶圓、堆疊半導體晶圓或其中可以形成半導體畫素的另一種類型的基底。舉例來說，基底206可以由矽(Si)(例如，矽基 底)、包括矽的材料、諸如砷化鎵(GaAs)的III-V化合物半導體材料、SOI或能夠由入射光的光子產生電荷的另一種類型的半導體材料。在一些示例中，基底206由諸如摻雜矽等摻雜材料(例如p型摻雜材料或n型摻雜材料)形成。
另外，基底206中可以具有形成在其中的光電二極體202。舉例來說，離子植入工具可以使用離子植入技術來摻雜基底206的部分，以形成光電二極體202。基底206可以摻雜有多個類型的離子，以形成每個光電二極體202的PN接面。舉例來說，基底206可以是摻雜有n型摻質劑以形成光電二極體202的第一部分(例如，n型部分)和摻雜有p型摻質劑以形成光電二極體202的第二部分(例如，p型部分)。在一些示例中，使用另一個技術形成光電二極體202，例如擴散。
如圖9A中進一步所示，隔離結構204(例如，DTI結構)可以被包括在至少部分圍繞光電二極體202的基底206中。隔離結構204可以塗有或襯有ARC並且填充有介電層(例如，在ARC的上方)。
如圖9A所示，可以形成金屬層208。舉例來說，沉積工具可以使用旋塗技術、化學氣相沉積(CVD)技術、物理氣相沉積、PVD技術、原子層沉積(ALD)技術和/或其他沉積技術，在基底206的前側表面上和/或上方(例如，在基底206的光電二極體202、隔離結構204和暴露的部分的上方)形成金屬層208。在一些示例中，金屬層208可以形成在光電二極體202、隔離結構204和基底206的暴露部分的上方的介電層和/或緩衝層的上方。在一些實施例中，在沉積之後，平坦化工具對金屬層208進行平坦化、(例如， 使用化學機械平坦化(化學機械研磨))。儘管示例性實施900示出了直接形成在隔離結構204上的金屬層208，但是其他實施可以包括形成在隔離結構204上(並且可選地形成在光電二極體202和/或基底206的暴露部分上)的鈍化層。因此，鈍化層可以在金屬層208形成和進行圖案化期間，保護隔離結構204和/或光電二極體202。另外，如下所述，在開口902、904和906的形成期間，鈍化層可以用作蝕刻停止層(ESL)。
如圖9B所示，金屬層208經圖案化。舉例來說，部分的金屬層208可以被移除。在一些示例中，沉積工具可以在金屬層208的前側表面上和/或上方形成光阻層，曝光工具可以將光阻層暴露於光源(radiation source)以在光阻層上形成圖案，並且顯影液工具可以顯影圖案且和移除光阻層以暴露圖案。因此，蝕刻工具可以蝕刻(例如，使用濕蝕刻技術、乾蝕刻技術、電漿增強的蝕刻技術和/或其他類型的蝕刻技術)金屬層208的部分，以便在光電二極體202上的金屬層208中產生開口。在一些示例中，如圖9B所示，可以被暴露光電二極體202的表面。或者，可以暴露設置在光電二極體202的上方的介電層或緩衝層的表面。在圖案化金屬層208之後，光阻去除工具可以移除光阻層的剩餘部分(例如，使用化學剝離器、電漿灰化器和/或另一個技術)。
儘管光電二極體202尺寸大約相同，但開口的大小不同。舉例來說，開口902可以大於開口904和906，使得與開口902相關聯的光電二極體用作HSPD。類似地，開口904可以小於開口902但大於開口906，使得與開口904相關聯的光電二極體用作MSPD，且與開口906相關聯的光電二極體用作LSPD。由於光電 二極體202與尺寸大約相同，因此畫素陣列是規則的，這提高了隔離結構的功效，從而減少了光電二極體洩漏。另外，與不規則畫素陣列的隔離結構的形成相比，隔離結構204的形成被簡化，這節省了功率、製程資源以及原料並且還減少了製程窗口。而且，由於開口902、904、906不同，光電二極體202的捕獲率也不同。因此，由於畫素陣列的電容增加而實現了更高的動態範圍(例如，大約140dB或更高)。此外，與結合LPD和SPD的畫素陣列相比，畫素陣列表現出更好的暗性能。
如圖9C所示，在開口902中形成鈍化層908a，在開口904中形成鈍化層908b，在開口906中形成鈍化層908c。舉例來說，沉積工具可以使用旋塗技術、CVD技術、PVD技術、ALD技術和/或另一沉積技術形成鈍化層908。鈍化層908可以包括氧化物材料，例如氧化矽(SiOx)。另外和/或替代地，鈍化層908可包括氮化矽(SiNx)、矽碳化物(SiCx)或其混合物，例如矽碳氮化物(SiCN)、氧氮化矽(SiON)或另一介電材料。在一些實施例中，沉積之後，使用平坦化工具(例如，使用化學機械研磨)將鈍化層908進行平坦化。
如圖9D所示，為了每一個光電二極體202形成彩色濾光片區212a、212b和212c。在示例性實施900中，彩色濾光片區212a、212b和212c形成在鈍化層908a、908b和908c的上方。因此，彩色濾光片區212a、212b和212c可以形成在金屬層208的上方。另外或替代地，彩色濾光片區212a、212b和212c可以至少部分地形成在開口902、904和906中。因此，鈍化層908可以比金屬層208薄或可以完全省略。在一些示例中，沉積工具可以以 PVD操作、ALD操作、CVD操作、外延操作、氧化操作和/或另一沉積技術來沉積彩色濾光片區212。在一些實施例中，沉積之後，使用平坦化工具對彩色濾光片區212進行平坦化(例如，使用化學機械研磨)。
如圖9E所示，為了光電二極體202中的每一個形成微透鏡214。在示例性實施900中，微透鏡214形成在彩色濾光片區212上和/或上方。因為光電二極體202與金屬層208中不同尺寸的開口相關聯，所以微透鏡214可以與不同焦距相關聯。舉例來說，與MSPD或LSPD相關聯的微透鏡相比，與HSPD相關聯的微透鏡可以與更長焦距的長度相關聯。類似地，與MSPD或HSPD相關聯的微透鏡相比，與LSPD相關聯的微透鏡可以與更短焦距的長度相關聯。或者，如結合與圖4A、5A、6A、7A和8A所述，光電二極體202可以是共用微透鏡。因此，可以使用與光電二極體202分開的訊號來進行PDAF。
如圖9E中進一步所示，可以為光電二極體202中的每一個提供FD節點402。FD節點402可以各自包括汲極區，例如高度摻雜的n型區(例如，n+摻雜區)。光電二極體202因而產生從光電二極體202流到對應的FD節點402的光電流。儘管示例性實施900示出了每個光電二極體202具有對應的FD節點402，但其他示例性可以包括共用FD節點402的一個或多個光電二極體202(例如，如圖4A、圖6A或圖7A等所示)。
另外，可以為每一個光電二極體202提供轉移(TX)閘極404，以控制光電二極體202與FD節點402之間的光電流。TX閘極404可以被通電(例如，通過將電壓或電流施加到TX閘極 404)以使導電通道在光電二極體202和對應的FD節點402之間形成。可以通過使TX閘極404斷電來移除或關閉導電通道，所述TX閘極404阻擋和/或防止光電二極體202和相應的FD節點402之間的光電流的流動。TX閘極404可以包含在一個或多個介電層910中。
如上所述，提供圖9A-9E作為示例性。其他示例性可能與關於圖9A-9E所描述的不同。舉例來說，金屬層208可以使用多個層而不是單個光阻層來進行圖案化。舉例來說，所述多個層可以包括底部層、中間層和光阻層。另外或替代地，雖然結合微影描述了示例性實施900，但可以使用多重圖案化技術，例如側壁影像轉移、間距分割(pitch splitting)、自對準雙重圖案化(SADP)或定向自組裝(DSA)等。
圖10是與畫素感測器和方法的製造相關聯的示例製程1000的流程圖。在一些示例中，使用結合圖9A-9E中引用的一個或多個半導體製程工具來進行圖10中的一個或多個製程方塊。另外或替代地，圖10中的一個或多個製程方塊可以使用另一個裝置或者與一個或多個半導體製程工具分開或包括一個或多個半導體製程工具的一組裝置來進行，例如可以包括在畫素感測器製造設施中的製程工具。
如圖10所示，製程1000可以包括在基底中的多個光電二極體的上方形成金屬層(方塊1010)。舉例來說，一個或多個半導體製程工具可用於形成基底206中的多個光電二極體202上的金屬層208，如本文所述。
如圖10進一步所示，製程1000可以包括圖案化金屬層， 以在所述多個光電二極體中的第一光電二極體的上方形成第一開口以及在所述多個光電二極體中的第二光電二極體的上方形成第二開口，使得第二開口小於第一開口(方塊1020)。舉例來說，一個或多個半導體製程工具可用於圖案化金屬層208，以在所述多個光電二極體202中的第一光電二極體的上方形成第一開口902以及在所述多個光電二極體202中的第二光電二極體的上方形成第二開口906，使得第二開口906小於第一開口902，如本文所述。
如圖10進一步所示，製程1000可以包括在第一開口和第二開口中形成鈍化層(方塊1030)。舉例來說，一個或多個半導體製程工具可用於形成第一開口902和第二開口906中的鈍化層908，如本文所述。
製程1000可以包括額外的實施，例如下文所述的和/或本文別處描述的一個或多個其他製程結合的任何單一實施或任何實施的組合。
在第一實施中，金屬層208被配置為減少第一光電二極體和第二光電二極體之間的串擾。
在第二實施中，單獨或與第一實施組合，每個開口具有與開口的高度大約相同的寬度。
在第三實施中，單獨或與第一實施組合，每個開口具有比開口的高度長的寬度。
在第四實施中，單獨或與第一至第三實施中的一個或多個組合，製程1000包括圖案化金屬層208，以在所述多個光電二極體202中的第三光電二極體上形成第三開口904，其中第三開口904大於第二開口906且小於第一開口902。
在第五實施中，單獨或與第一至第四實施、製程1000中的一個或多個組合包括形成與第一光電二極體相關聯的第一微透鏡和與第二光電二極體相關聯的第二微透鏡，其中第二微透鏡與比第一微透鏡更短的焦距相關聯。
在第六實施中，單獨或與第一至第五實施中的一個或多個組合，製程1000包括形成與第一光電二極體相關聯的第一彩色濾光片和與第二光電二極體相關聯的第二彩色濾光片。
儘管圖10示出了製程1000的示例性方塊，但在一些實施例中，製程1000中，與圖10中所示的那些相比，包括額外的方塊、更少的方塊、不同的方塊或不同佈置的方塊。另外或替代地，方塊或製程1000中的兩個或更多個可以並行進行。
以此方式，對畫素陣列的金屬柵格進行圖案化，以在光電二極體上方形成不同尺寸的開口的金屬柵格，獲致具有不同靈敏度的光電二極體的均勻畫素陣列。舉例來說，畫素陣列可以包括LSPD、MSPD和HSPD。LSPD、MSPD和HSPD具有不同的捕獲速率。因此，通過組合LSPD、MSPD和HSPD的訊號可以實現更高的動態範圍。舉例來說，由於電容增加，畫素陣列可以實現大約140dB或更高的動態範圍。此外，與結合LPD和SPD的畫素陣列相比，畫素陣列表現出更好的暗性能。由於畫素陣列中的每個光電二極體大約是相同的尺寸，因此與包括LPD和SPD的組合的不規則畫素陣列相比，光電二極體洩漏減少。
在一些實施例中，一種半導體裝置，包括：第一光電二極體，與金屬層中的第一開口相關聯；以及第二光電二極體，與所述金屬層中的第二開口相關聯，其中所述第二開口小於所述第一開 口，且其中所述第一光電二極體的尺寸與所述第二光電二極體的尺寸的比率在大約0.9至大約1.1的範圍內。
在一些實施例中，其中所述第一開口的寬度與所述第一光電二極體相關聯的間距的比率在大約0.8至大約1.0的範圍內。在一些實施例中，其中所述第二開口的寬度與所述第二光電二極體相關聯的間距的比率在大約0.2至大約0.5的範圍內。在一些實施例中，更包括：第三光電二極體，與所述金屬層中的第三開口相關聯，其中所述第三開口大於所述第二開口且小於所述第一開口。在一些實施例中，其中所述第三開口的寬度與所述第三光電二極體相關聯的間距的比率在大約0.5至大約0.8的範圍內。在一些實施例中，更包括：第一微透鏡與所述第一光電二極體相關聯；以及第二微透鏡與所述第二光電二極體相關聯，其中所述第二微透鏡與比所述第一微透鏡更短的焦距相關聯。在一些實施例中，更包括：第一彩色濾光片與所述第一光電二極體相關聯；以及第二彩色濾光片與所述第二光電二極體相關聯。
在一些實施例中，一種製造半導體裝置的方法，包括：在基底中的多個光電二極體的上方形成金屬層；圖案化所述金屬層，以至少在所述多個光電二極體中的第一光電二極體的上方形成第一開口以及所述多個光電二極體中的第二光電二極體的上方形成第二開口，其中所述第二開口小於所述第一開口；以及在所述第一開口和所述第二開口中形成鈍化層。
在一些實施例中，其中所述金屬層被配置為在所述第一光電二極體和所述第二光電二極體之間減少串擾。在一些實施例中，其中每個開口具有與所述開口的高度大約相同長度的寬度。一 些實施例中，其中每個開口具有相較於所述開口的高度更長的寬度。在一些實施例中，更包括：圖案化所述金屬層，以在所述多個光電二極體中的第三光電二極體的上方形成第三開口，其中所述第三開口大於所述第二開口且小於所述第一開口。在一些實施例中，更包括：形成與所述第一光電二極體相關聯的第一微透鏡和與所述第二光電二極體相關聯的第二微透鏡，其中所述第二微透鏡與比所述第一微透鏡更短的焦距相關聯。一些實施例中，更包括：形成與所述第一光電二極體相關聯的第一彩色濾光片以及與所述第二光電二極體相關聯的第二彩色濾光片。
在一些實施例中，一種用於半導體裝置的系統，包括：畫素感測器，包括：金屬層，被配置為反射光；第一光電二極體的組，與所述金屬層中對應的第一開口的組相關聯；第二光電二極體的組，每個所述第二光電二極體具有與每個所述第一光電二極體大約相同的尺寸，與所述金屬層中的相應的第二開口的組相關聯，每個所述第二開口都小於每個所述第一開口；隔離結構；以及電路，被配置為由所述第一光電二極體的組及所述第二光電二極體的組輸出電性訊號。
在一些實施例中，更包括：浮置擴散節點，被所述第一光電二極體的組和所述第二光電二極體的組共用。在一些實施例中，更包括：第一浮置擴散節點，用於所述第一光電二極體的組；以及第二浮置擴散節點，用於所述第二光電二極體的組。在一些實施例中，更包括：側向溢出集成電容，與所述第二光電二極體的組相關聯。在一些實施例中，其中所述畫素感測器更包括第三光電二極體的組，每個所述第三光電二極體具有與每個所述第一光電二極體 大約相同的尺寸，與所述金屬層中的第三開口的相應組相關聯，每個所述第三開口大於每個所述第二開口並且小於每個所述第一開口，並且其中所述系統更包括：浮置擴散節點，被所述第一光電二極體的組、所述第二光電二極體的組及所述第三光電二極體的組共用。在一些實施例中，其中所述畫素感測器與至少140分貝(dB)的動態範圍相關聯。
如本文所用，「滿足臨限值」根據上下文可以指值大於臨限值、大於或等於臨限值、小於臨限值、小於或等於臨限值、等於臨限值，不等於臨限值等。
上述對特徵和實施例的概述是為了使本領域技術人員更能理解本發明的方面。本領域技術人員應理解，他們可以輕鬆地使用本揭露作為設計或修改其他製程和結構的基礎，以獲得與本文介紹的實施例相同的目的和/或實現相同優點的載出。本領域技術人員也應當認識到，這樣的等同物構造並不背離本揭露的精神和範圍，並且他們可以在不背離本公開的精神和範圍的情況下在此做出各種變化、替換和改變。
200、230、260:畫素感測器
302:亞畫素
304:畫素
330:畫素陣列

Claims (10)

  1. 一種半導體裝置，包括： 第一光電二極體，與金屬層中的第一開口相關聯；以及 第二光電二極體，與所述金屬層中的第二開口相關聯， 其中所述第二開口小於所述第一開口，以使所述第一光電二極體的靈敏度大於所述第二光電二極體的靈敏度，且 其中所述第一光電二極體的尺寸與所述第二光電二極體的尺寸的比率在大約0.9至大約1.1的範圍內。
  2. 如請求項1所述的半導體裝置，其中所述第一開口的寬度與所述第一光電二極體相關聯的間距的比率在大約0.8至大約1.0的範圍內。
  3. 如請求項1所述的半導體裝置，其中所述第二開口的寬度與所述第二光電二極體相關聯的間距的比率在大約0.2至大約0.5的範圍內。
  4. 如請求項1所述的半導體裝置，更包括： 第三光電二極體，與所述金屬層中的第三開口相關聯， 其中所述第三開口大於所述第二開口且小於所述第一開口。
  5. 一種製造半導體裝置的方法，包括： 在基底中的多個光電二極體的上方形成金屬層； 圖案化所述金屬層，以至少在所述多個光電二極體中的第一光電二極體的上方形成第一開口以及所述多個光電二極體中的第二光電二極體的上方形成第二開口，其中所述第二開口小於所述第一開口，以使所述第一光電二極體的靈敏度大於所述第二光電二極體的靈敏度；以及 在所述第一開口和所述第二開口中形成鈍化層。
  6. 如請求項5所述的方法，更包括： 圖案化所述金屬層，以在所述多個光電二極體中的第三光電二極體的上方形成第三開口，其中所述第三開口大於所述第二開口且小於所述第一開口。
  7. 一種用於半導體裝置的系統，包括： 畫素感測器，包括： 金屬層，被配置為反射光； 第一光電二極體的組，與所述金屬層中對應的第一開口的組相關聯； 第二光電二極體的組，每個所述第二光電二極體具有與每個所述第一光電二極體大約相同的尺寸，與所述金屬層中的相應的第二開口的組相關聯，每個所述第二開口都小於每個所述第一開口，以使每個所述第一光電二極體的靈敏度大於每個所述第二光電二極體的靈敏度； 隔離結構；以及 電路，被配置為由所述第一光電二極體的組及所述第二光電二極體的組輸出電性訊號。
  8. 如請求項7所述的系統，更包括： 第一浮置擴散節點，用於所述第一光電二極體的組；以及 第二浮置擴散節點，用於所述第二光電二極體的組。
  9. 如請求項7所述的系統，更包括： 側向溢出集成電容，與所述第二光電二極體的組相關聯。
  10. 如請求項7所述的系統，其中所述畫素感測器更包括第三光電二極體的組，每個所述第三光電二極體具有與每個所述第一光電二極體大約相同的尺寸，與所述金屬層中的第三開口的相應組相關聯，每個所述第三開口大於每個所述第二開口並且小於每個所述第一開口，並且其中所述系統更包括： 浮置擴散節點，被所述第一光電二極體的組、所述第二光電二極體的組及所述第三光電二極體的組共用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202230767A (zh) * 2021-01-15 2022-08-01 台灣積體電路製造股份有限公司 像素陣列
TW202243116A (zh) * 2021-04-22 2022-11-01 台灣積體電路製造股份有限公司 像素感測器
US11647300B2 (en) * 2020-12-07 2023-05-09 Omnivision Technologies, Inc. Method for forming LED flickering reduction (LFR) film for HDR image sensor and image sensor having same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11647300B2 (en) * 2020-12-07 2023-05-09 Omnivision Technologies, Inc. Method for forming LED flickering reduction (LFR) film for HDR image sensor and image sensor having same
TW202230767A (zh) * 2021-01-15 2022-08-01 台灣積體電路製造股份有限公司 像素陣列
TW202243116A (zh) * 2021-04-22 2022-11-01 台灣積體電路製造股份有限公司 像素感測器

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