图像感应元件制造技术

一种图像感应元件包括：半导体基底，其具有正面与背面；多个像素形成于该半导体基底的正面上；以及多个栅格阵列与该多个像素中的至少一个像素对齐。该多个栅格阵列中的一个允许光线的一个波长穿过至该多个像素中相对应的一个。该多个栅格阵列于该半导体基底的正面或背面上。本发明专利技术的图像感应元件具有与半导体工艺相容以及具成本效益的彩色滤光片。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体技术，且特别涉及一种图像感应元件。技术背景图像感应元件提供像素的阵列(array)，其可包含光敏二极管 (photosensitive diode)或光二丰及管(photodiode)、复位晶体管(reset transistor)、 源极跟随器晶体管(source follower tmnsistor)、 PIN光二极管(pinned layer photodiode)和/或转换晶体管(transfer transistor)来记录光的强度或亮度。像素 通过累积光电荷(photo-charge)来对光产生反应一光线越多，光电荷越多。之 后通过另一电路使颜色与亮度可使用于合适的应用，例如数码相机。像素栅 格的常见型式包括电荷耦合元件(charge coupling device, CCD)、 CMOS图像 感应器(CMOS image sensor, CIS)、有源像素感应器(active-pixel sensor)与无源 像素感应器(passive画pixel sensor)。为了记录颜色的信息，图像感应器利用彩色滤光片(colorfilter)层，其包 含许多不同的彩色滤光片(例如红色、绿色与蓝色)，并将其置于适当的位 置以使入射光直接穿过滤片。通过使用有机彩色滤光片材料，例如染料 (dye-based)或色素(pigment-based)聚合物材料，可实施上述方式，以滤出特定 频宽(颜色)。无论哪一种材料，彩色滤光片成本皆占了图像感应器的总成 本的一大部分。此外，彩色滤光片层也增加了元件的实际尺寸。因此，业界亟需改善彩色滤光片的设计与制造，以减少图像感应器的成 本与尺寸。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种图像感应元件，包括: 半导体基底，其具有正面与背面；多个像素形成于该半导体基底的正面上； 以及多个栅格阵列，且该多个栅格阵列与该多个像素中的一个像素对齐；其4中该多个栅格阵列中的一个允许光线的一个波长穿过至该多个像素中相对 应的一个。如上所述的图像感应元件，其中光线的该波长选自由下列所组成的群 组红光、绿光与蓝光。如上所述的图像感应元件，其中该栅格阵列包括至少一个开口，且其中 该开口的宽度实质上等于该光线的波长的一半。如上所述的图像感应元件，其中该栅格阵列于该半导体基底的正面上。如上所述的图像感应元件，其中该栅格阵列于该半导体基底的背面上。如上所述的图像感应元件，其中该栅格阵列的厚度为50-2000 A如上所述的图像感应元件，其中该栅格阵列由一种材料所形成，该材料选自由下列所组成的群组多晶硅、非晶硅、氮化硅、氧化硅、氮氧化硅与 上述的组合。如上所述的图像感应元件，其中该栅格阵列由金属、金属氮化物或金属 合金所形成。如上所述的图像感应元件，其中该像素选自由下列所组成的群组光二 极管、PIN光二极管、光晶体管、光栅、重置晶体管、源极跟随器晶体管、 转换栅极晶体管、选择晶体管与上述的组合。如上所述的图像感应元件，还包括抗反射层于该多个栅格阵列上，其中 该抗反射层包括氧化硅层与氮氧化硅层。如上所述的图像感应元件，还包括金属层位于该多个像素上；层间介 电层，其用以分隔或隔离位于其中的金属层；以及微透镜于该多个栅格阵列上。本专利技术还提供一种半导体元件，包括半导体基底，其具有正面与背面; 多个像素形成于该半导体基底的正面上；以及多个栅格阵列，其中该多个栅 格阵列中的一个与至少一个该像素对齐以使光线的一个波长抵达该至少一 个像素。此外本专利技术提供另一种图像感应元件，包括半导体基底；第一、第二与第三像素形成于该半导体基底上；第一、第二与第三栅格分别与该第一、 第二与第三像素对齐；其中该第一栅格包括至少一个第一开口以允许光线的第一波长抵达该第一像素，该第二栅格包括至少一个第二开口以允许光线的第二波长抵达该第二像素，且该第三栅格包括至少一个第三开口以允许光线 的第三波长抵达该第三像素。本专利技术的图像感应元件具有与半导体工艺相容以及具成本效益的彩色 滤光片。为了让本专利技术的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特 举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下附图说明图1显示本专利技术实施例的图像感应器的俯视图，其包括多个像素。图2显示背照式图像感应器的剖面图。图3显示本专利技术一个实施例的背照式图像感应器的剖面图，其包括栅格 阵列。图4显示前照式图像感应器的剖面图。图5显示本专利技术一个实施例的前照式图像感应器的剖面图，其包括栅格 阵列。图6与图7显示可使用于图3与图5中的栅格阵列的立体图。其中，附图标记说明如下10 图像感应器20 像素阵列50、 200 背照式图像感应器IOOR、 IOOG、 100B 像素110 半导体基底Ul 半导体基底110的正面112 半导体基底110的背面120 金属层130 层间介电层140R、 140G、 140B 彩色滤光片150 微透镜160 光线210R、 210G、 210B 栅格阵列220 抗反射层300、 400 前照式图像感应器410R、 410G、 410B 栅格阵列500 栅格阵列505 开口510 入射光520 波长不在特定频率内的光线530 波长于特定频率内的光线601 X轴602 Y轴603 Z轴610(DJ 栅格阵列500的宽度 620(D》 栅格阵列500的长度 630(U) 开口 505的宽度 640(Ly) 开口 505的长度具体实施方式图1显示图像感应器10的俯视图，其包括像素阵列20。在像素阵列20 附近通常设有额外的电路与输入/输出，以提供像素的操作环境并支援像素与 外部的通讯。图像感应器10可包括电荷耦合元件、CMOS图像感应器、有 源像素感应器与无源像素感应器。图2显示背照式(back-side illuminated)图像感应器50的剖面图，其包括 多个像素100。在一个实施例中，多个像素100包括第一像素100R以接收 红光(红色像素)、第二像素100G以接收绿光(绿色像素)与第三像素100B 以接收蓝光(蓝色像素)。能了解的是，使用可见光(例如红、绿与蓝光) 只是一个例子，而其他形式的射线，例如红外线(infrared, IR)、微波 (microwave)、 X射线(X-ray)与紫外光(ultraviolet， UV)可使用于其他形式的应 用。可在半导体基底IIO上形成像素IOOR、 IOOG与IOOB。基底110可包括 正面111与背面112。基底110可包括元素半导体(elementary semiconductor), 例如硅、锗与钻石。或者，基底110也可包括化合物半导体，例如碳化硅、砷化镓、砷化铟与磷化铟。或者可使用半导体基底形式，例如绝缘层上覆硅(silicon- on insulator, SOI)及/或夕卜延层(epitaxial layer)。像素100R、 100G与100B各可由光二极管(photodiode)与至少一个晶体 管(transistor)所组成，以感应与记录光的强度。U.S. Patent Application, Serial No. 11/291,880 (申请日为2005/12/1)中提到可使用于本实施例中的光二极 管的例子。例如，基底110可包括P型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像感应元件，包括：半导体基底，其具有正面与背面；多个像素形成于该半导体基底的正面上；以及多个栅格阵列，且该多个栅格阵列与该多个像素中的一个像素对齐；其中该多个栅格阵列中的一个允许光线的一个波长穿过至该多个像素中相对应的一个。

【技术特征摘要】
US 2007-2-19 11/676,3881. 一种图像感应元件，包括半导体基底，其具有正面与背面；多个像素形成于该半导体基底的正面上；以及多个栅格阵列，且该多个栅格阵列与该多个像素中的一个像素对齐；其中该多个栅格阵列中的一个允许光线的一个波长穿过至该多个像素中相对应的一个。2. 如权利要求1所述的图像感应元件，其中光线的该波长选自由下列所 组成的群组红光、绿光与蓝光。3. 如权利要求2所述的图像感应元件，其中该栅格阵列包括至少一个开 口，且其中该开口的宽度实质上等于该光线的波长的一半。4. 如权利要求3所述的图像感应元件，其中该栅格阵列于该半导体基底 的正面上。5. 如权利要求3所述的图像感应元件，其中该栅格阵列于该半导体基底 的背面上。6. 如权利要求1所述的图像感应元件，其中该栅格阵列的厚度为 50-2000人7. 如权利要求1所述的图像感应元件，其中该栅格阵列由一种材料所形成，该材料选自由下列所组成的群组多晶硅、非晶硅、氮化硅、氧化硅、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊智，杨敦年，曾建贤，伍寿国，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]