固态成像装置制造方法及图纸

固态成像装置包含多个光电转换元件排列在像素阵列中，以及具有多个彩色滤光片区段的彩色滤光片层在光电转换元件上方，每个彩色滤光片区段设置在像素阵列的个别像素中。此固态成像装置还包含在彩色滤光片层上方的光波导层，光波导层包含波导分隔网格和在波导分隔网格的空隙中的波导材料，波导材料的折射率高于波导分隔网格的折射率，且波导材料能为像素阵列的每个像素提供相同的折射率。

【技术实现步骤摘要】
固态成像装置
本专利技术涉及成像装置，且特别有关于具有顶部光波导层在彩色滤光片层上方的固态成像装置。
技术介绍
影像感测器例如电荷耦合元件(charge-coupleddevice，CCD)影像感测器和互补式金属氧化物半导体(complementarymetal-oxidesemiconductor，CMOS)影像感测器已经广泛使用于各种影像拍摄设备，例如数字静止影像相机、数字摄影机和类似的设备。影像感测器具有多个像素以像素阵列的方式排列，每个像素具有光电转换器例如光电二极管，其形成在例如硅芯片的半导体基板中。光电二极管通过对照射在影像感测器上的入射光进行光电转换来产生电荷，于光电二极管中产生的光电子的相应电荷可通过CCD型或CMOS型读取电路传输和放大，以获得成像信号。一些影像拍摄装置使用相位差检测感测器来执行自动对焦，感测器上的相位差检测经由在成像像素之间插入相位检测自动对焦(phase-detectionauto-focus，PDAF)像素而运行，相位检测自动对焦(PDAF)像素通常以左侧和右侧像素的稀疏图案重复排列在成像像素之间。此影像感测器可检测出由不同的相位差检测像素所产生的信号之间的相位差，例如在左侧像素和邻近的右侧像素之间的相位差。通常，相位检测自动对焦的操作比根据对比度的自动对焦的操作更快。近年来，为了增加像素数量以提供高分辨率影像，影像感测器特别是CMOS影像感测器的趋势是减小像素尺寸。然而，当像素尺寸持续减小的同时，在影像感测器的设计和制造上仍存在各种挑战。专利技术内容在传统的CMOS影像感测器(CMOSimagesensors，CIS)中，由于入射光以倾斜角度照射到影像感测器的像素阵列的边缘上，因此容易在影像感测器的角落处产生串音干扰(cross-talk)问题。如果没有良好的演算法，串音干扰问题可能会导致影像检测失败和自动对焦功能错误。随着像素尺寸持续减小，串音干扰问题变得更恶化。根据本专利技术的实施例，在彩色滤光层上设置顶部引导(top-guide)结构，以克服固态成像装置的串音干扰问题。此顶部引导结构为光波导(opticalwaveguide)层，其包含低折射率的分隔网格和在低折射率分隔网格的空隙中的高折射率材料。此外，本专利技术实施例的顶部引导结构可以增强固态成像装置的相位检测自动对焦(PDAF)功能。在一些实施例中，提供了固态成像装置。此固态成像装置包含多个光电转换元件排列在像素阵列中。固态成像装置也包含彩色滤光片层，其具有多个彩色滤光片区段位于光电转换元件上方，每个彩色滤光片区段设置在像素阵列的个别像素中。固态成像装置还包含在彩色滤光片层上方的光波导(opticalwaveguide)层，光波导层包含波导分隔网格和在波导分隔网格的空隙中的波导材料，波导材料的折射率高于波导分隔网格的折射率，波导材料能为像素阵列的每个像素提供相同的折射率。附图说明为了让本专利技术实施例能更容易理解，以下配合说明书附图作详细说明。应该注意，根据工业上的标准范例，各个部件未必按照比例绘制。实际上，为了让讨论清晰易懂，各个部件的尺寸可以被任意放大或缩小。图1为根据本专利技术的一些实施例，固态成像装置的剖面示意图。图2A至图2C为根据本专利技术的一些实施例，形成图1的具有光波导层的固态成像装置的示范方法的各个阶段的结构剖面示意图。图3为根据本专利技术的一些实施例，固态成像装置的剖面示意图。图4A至图4C为根据本专利技术的一些实施例，形成图3的具有光波导层的固态成像装置的示范方法的各个阶段的结构剖面示意图。图5A为根据本专利技术的一些实施例，具有相位检测自动对焦(PDAF)像素的固态成像装置的像素阵列的一部分的平面示意图。图5B为根据本专利技术的一些实施例，沿着图5A的线B-B，具有相位检测自动对焦(PDAF)像素的固态成像装置的剖面示意图。图6A为根据本专利技术的一些实施例，位于像素阵列的中心区域，具有正规(normal)像素的固态成像装置的一部分的剖面示意图。图6B为根据本专利技术的一些实施例，位于像素阵列的边缘处，具有正规像素的固态成像装置的一部分的剖面示意图。图7A为根据本专利技术的一些实施例，位于像素阵列的中心区域，具有相位检测自动对焦(PDAF)像素的固态成像装置的一部分的剖面示意图。图7B为根据本专利技术的一些实施例，位于像素阵列的边缘处，具有相位检测自动对焦(PDAF)像素的固态成像装置的一部分的剖面示意图。图8为根据本专利技术的一些实施例，具有顶部引导(top-guide)结构的固态成像装置的剖面示意图。图9为根据本专利技术的另一些实施例，具有顶部引导结构的固态成像装置的剖面示意图。图10为根据本专利技术的一些其他实施例，具有顶部引导结构的固态成像装置的剖面示意图。图11为根据本专利技术的一些其他实施例，具有顶部引导结构的固态成像装置的剖面示意图。附图标记说明：100、200、200C、200E、300、300C、300E、400、500、600、700～固态成像装置；101～半导体基板；101B～背侧表面；101F～前侧表面；103～光电转换元件(光电二极管)；105～布线层；107～高介电常数(高k)膜；109～缓冲层；110～光电转换结构；111～遮光层；113～分隔网格；113A、123A、133A～波导分隔网格；113B～彩色滤光片分隔网格；113CL、123CL～个别分隔物的中心线；114、114’～空隙；115～彩色滤光片区段；120～彩色滤光片层；121、131～波导材料；121’～透明介电材料；122～开口；123B、133B～抗反射膜；123LS-C、123LS-E～分隔物的左边侧壁；125～平坦层；127～保护层；130、140～光波导层；150～入射光；150R～反射光；150T～透射光；150E～倾斜入射光；P、P1、P2、P3～像素；W、W1、W2、W3～宽度；T～厚度；PW～像素尺寸；U～彩色滤光片单元；PDAF～相位检测自动对焦像素；θ～角度；X～距离；ΔX～位移距离；D～方向。具体实施方式在固态成像装置中，入射光以倾斜角度照射到像素阵列的边缘上，此倾斜角度大于入射光照射到像素阵列的中心区域上的法线角度(normalangle)。上述入射光的角度由偏离固态成像装置的光接收表面的法线来决定，例如，照射到像素阵列的边缘上的入射光的倾斜角度通常是约+/-20度到约+/-40度，并且照射到像素阵列的中心区域上的入射光的法线角度约为0度。依照光线入射在光接收单元上的方向分类，固态成像装置大致可分为两种类型，一种是前照式(front-side本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态成像装置，包括：/n多个光电转换元件，排列在一像素阵列中；/n一彩色滤光片层，包含多个彩色滤光片区段，位于该些光电转换元件上方，其中每个该彩色滤光片区段设置在该像素阵列的一个别像素中；以及/n一光波导层，位于该彩色滤光片层上方，其中该光波导层包括一波导分隔网格和位于该波导分隔网格的空隙中的一波导材料，该波导材料的折射率高于该波导分隔网格的折射率，且该波导材料在该像素阵列的每个像素中提供相同的折射率。/n

【技术特征摘要】
20190412 US 16/382,8081.一种固态成像装置，包括：
多个光电转换元件，排列在一像素阵列中；
一彩色滤光片层，包含多个彩色滤光片区段，位于该些光电转换元件上方，其中每个该彩色滤光片区段设置在该像素阵列的一个别像素中；以及
一光波导层，位于该彩色滤光片层上方，其中该光波导层包括一波导分隔网格和位于该波导分隔网格的空隙中的一波导材料，该波导材料的折射率高于该波导分隔网格的折射率，且该波导材料在该像素阵列的每个像素中提供相同的折射率。


2.如权利要求1所述的固态成像装置，还包括一彩色滤光片分隔网格，位于该波导分隔网格下方，其中该些彩色滤光片区段设置在该彩色滤光片分隔网格的空隙中，且该彩色滤光片分隔网格的折射率低于该些彩色滤光片区段的折射率。


3.如权利要求2所述的固态成像装置，其中该像素阵列包括位于该像素阵列的中心区域或位于该固态成像装置的核心区域的多个第一像素，且在该些第一像素中的该波导分隔网格在一方向上与该彩色滤光片分隔网格对齐，该方向垂直于该光波导层的顶表面，且该些第一像素包括多个相位检测自动对焦(PDAF)像素，该些PDAF像素包含多个该些光电转换元件设置在该些彩色滤光片区段下方，且该些PDAF像素中的该些彩色滤光片区段具有相同颜色并且彼此接触。


4.如权利要求2所述的固态成像装置，其中该像素阵列包括位于该像素阵列的边缘或位于该固态成像装置的核心区域以外的周围区域的多个第二像素，在该些第二像素中的该波导分隔网格相对于该彩色滤光片分隔网格在一水平方向上具有多个位移距离，该水平方向在与该光波导层的顶表面平行的一平面上，且在该些第二像素中的该波导分隔网格的该些位移距离是一致的。


5.如权利要求2所述的固态成像装置，其中该像素阵列包括位于该像素阵列的边缘或位于该固态成像装置的核心区域以外的周围区域的多个第二像素，在该些第二像素中的该波导分隔网格相对于该彩色滤光片分隔网格在一水平方向上具有多个位移距离，该水平方向在与该光波导层的顶表面平行的一平面上，且在该些第二像素中的该波导分隔网格的该些位移距离彼此不同。


6.如权利要求2所述的固态成像装置，其中该像素阵列包括位于该像素阵列的边缘或位于该固态成像装置的核心区域以外的周围区域的多个第二像素，在该些第二像素中的该波导分隔网格相对于该彩色滤光片分隔网格在一水平方向上具有多个位移距离，该水平方向在与该光波导层的顶表面平行的一平面上，且该些第二像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：林正轩，涂宗儒，张育淇，李京桦，
申请(专利权)人：采钰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71