影像感測器及其形成方法
【專利摘要】本公開提供一種影像感測器及其形成方法。該影像傳感器包含紅色像素、綠色像素、藍色像素和紅外線像素，紅色濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片分別設置在紅色像素、綠色像素和藍色像素中，紅外線通過濾光片設置在紅外線像素中，以及紅外線濾光片與紅色濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片堆疊在一起，此紅外線濾光片截止至少具有特定波長的紅外光。
【專利說明】
影像感測器及其形成方法
技術領域
[0001 ] 本發(fā)明涉及影像傳感器，特別涉及三維檢測成像應用例如時差測距(time-of-flight ；ToF)技術的影像傳感器，其可以收集到純粹的紅外線信號。
【背景技術】
[0002]目前，時差測距(ToF)技術已經廣泛地在現(xiàn)代工業(yè)中使用，通過互補式金屬氧化半導體(complementary metal oxide semiconductor ；CM0S)像素陣列與已調整的光源一起使用，以提供三維(three-dimens1nal ；3D)影像。三維時差測距(3D ToF)攝影機已經在許多不同的應用中使用，例如已制成的商品的輪廓檢查、電腦輔助設計(computer aideddesign ；CAD)的驗證、地理測量以及物體成像等。
[0003]三維時差測距(3D ToF)攝影機的運作是使用已調整的光源來照射景物，檢測被景物反射的光線，測量在照射與反射之間的相位偏移，并且將此相位偏移轉換成距離來實現(xiàn)三維時差測距。通常照射景物的已調整光源是來自于在約850nm的近紅外光范圍操作的固態(tài)激光或發(fā)光二極管，此照射景物的光線為人眼不可見，而影像傳感器則設計成對于與已調整的光源具有相同光譜的光線有反應，使得影像傳感器可以接收已調整的光源照射景物后被反射的光線，并將反射光線的光子能量轉變成電流，藉此得到景物的距離(深度)信息。
[0004]然而，進入影像傳感器的光線包含周圍環(huán)境的成分與反射的成分，而景物的距離(深度)信息則僅存在于反射的成分中，周圍環(huán)境成分的摻雜會導致景物的距離(深度)信息的信號對噪聲比(signal-to-noise rat1 ;SNR)降低，通常提高信號對噪聲比的方式為減少周圍環(huán)境成分的干擾。

【發(fā)明內容】

[0005]本公開提供的影像傳感器具有紅色(R)、綠色(G)和藍色(B)像素以及紅外線(IR)像素整合在單一的影像傳感器中，在此影像傳感器中，紅色、綠色和藍色信號從位于紅色、綠色和藍色像素的光電二極管獲得，而紅外線信號則是從位于紅外線像素的光電二極管獲得。然而，當位于紅色、綠色和藍色像素的光電二極管接收到紅外光時，屬于紅外線信號的噪聲將會在紅色、綠色和藍色像素的光電二極管中產生。本公開的影像傳感器具有紅外線濾光片設置在紅色、綠色和藍色像素中，藉此可避免屬于紅外線信號的噪聲在紅色、綠色和藍色像素的光電二極管中產生。因此，本公開的影像傳感器可以從位于紅外線像素的光電二極管中得到純粹的紅外線信號的收集，而不會有屬于紅外線信號的噪聲，或者僅有很低的紅外線信號的噪聲在紅色、綠色和藍色像素中產生，藉此可以提高影像傳感器所得到的物體的距離(深度)信息的信號對噪聲比(SNR)。
[0006]依據(jù)一些實施例，提供影像傳感器，此影像傳感器包括:紅色像素、綠色像素、藍色像素和紅外線像素；紅色濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片分別設置在紅色像素、綠色像素和藍色像素中；紅外線通過濾光片設置在紅外線像素中；以及紅外線濾光片與紅色濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片堆疊在一起，其中紅外線濾光片截止了至少具有特定波長的紅外光。
[0007]依據(jù)一些實施例，提供形成影像傳感器的方法，此方法包括:提供含有多個光電二極管形成于其中的半導體基底，每一個光電二極管設置在影像傳感器的紅色像素、綠色像素、藍色像素以及紅外線像素的其中一個像素中；在半導體基底之上形成紅外線濾光材料層；除去紅外線濾光材料層位于紅外線像素的一部分，形成紅外線濾光片，此紅外線濾光片截止了至少具有特定波長的紅外光，并且紅外線濾光片具有開口位于紅外線像素；形成紅色濾光片、綠色濾光片和藍色濾光片，分別位于紅色像素、綠色像素和藍色像素；以及在紅外線濾光片位于紅外線像素的開口中形成紅外線通過濾光片。
【附圖說明】
[0008]為了讓本公開的各種實施例的目的、特征、及優(yōu)點能更明顯易懂，以下配合說明書附圖作詳細說明如下:
[0009]圖1顯示依據(jù)一些實施例，影像傳感器的一部分的剖面示意圖；
[0010]圖2顯示依據(jù)一些實施例，用于物體成像的影像傳感器的配置示意圖；
[0011]圖3顯示依據(jù)一些實施例，分別說明影像傳感器的紅色濾光片、綠色濾光片、藍色濾光片、選擇性的紅外線濾光片和紅外線截止濾光片的各光學特性的穿透率對波長的附圖；
[0012]圖4A說明分別從影像傳感器位于紅色像素、綠色像素和藍色像素的光電二極管所得到的紅色、綠色和藍色信號的穿透率對波長的附圖，其中在紅色像素、綠色像素和藍色像素不具有紅外線濾光片；
[0013]圖4B顯示依據(jù)一些實施例，說明分別從影像傳感器位于紅色像素、綠色像素和藍色像素的光電二極管所得到的紅色、綠色和藍色信號的穿透率對波長的附圖，其中在紅色像素、綠色像素和藍色像素具有紅外線濾光片；
[0014]圖5顯示依據(jù)一些其他實施例，影像傳感器的一部分的剖面示意圖；
[0015]圖6A-6D顯示依據(jù)一些實施例，制造圖1的影像傳感器的各中間階段的剖面示意圖；以及
[0016]圖7A-7D顯示依據(jù)一些實施例，制造圖5的影像傳感器的各中間階段的剖面示意圖。
[0017]附圖標iP,說曰月:
[0018]100?影像傳感器；
[0019]100A?像素陣列區(qū)；
[0020]100P?周邊區(qū)；
[0021]100R?紅色像素；
[0022]100G?綠色像素；
[0023]100B?藍色像素；
[0024]100IR?紅外線像素；
[0025]101?半導體基底；
[0026]103?光電二極管；
[0027]105?高介電常數(shù)膜；
[0028]107、111 ?護膜；
[0029]109?遮光分隔層；
[0030]112?緩沖材料層；
[0031]113?圖案化緩沖層；
[0032]114?紅外線濾光材料層；
[0033]115?紅外線濾光片；
[0034]116、118、131 ?開口；
[0035]115SIR?選擇性的紅外線濾光片；
[0036]115IR-cut?紅外線截止濾光片；
[0037]117R?紅色濾光片；
[0038]117G?綠色濾光片；
[0039]117B?藍色濾光片；
[0040]119?紅外線通過濾光片；
[0041]120 ?凹陷；
[0042]121?導線層；
[0043]123?微透鏡結構；
[0044]125?雙波段通過濾光片；
[0045]127?光源單元；
[0046]128、128’、128” ?紅外光；
[0047]129 ?物體；
[0048]130?影像傳感器裝置單元；
[0049]As?特定波長。
【具體實施方式】
[0050]參閱圖1，其顯示依據(jù)本公開的一些實施例，背照式(backside illuminat1n ；BSI)影像傳感器100的一部分的剖面示意圖。影像傳感器100具有多個像素，包含紅色像素100R、綠色像素100G、藍色像素100B和紅外線像素100IR，這些像素在像素陣列區(qū)100A依序排列成陣列形式，影像傳感器100的周邊區(qū)100P則圍繞像素陣列區(qū)100A。影像傳感器100還包含半導體基底101，半導體基底101含有多個光電二極管103形成于其中，每一個光電二極管103各自設置在這些紅色像素100R、綠色像素100G、藍色像素100B和紅外線像素100IR的一個像素中。
[0051]影像傳感器100還包含導線層121形成在半導體基底101的一表面上，在背照式(BSI)影像傳感器100中，導線層121設置在光電二極管103下方。導線層121由多個金屬層以及設置在這些金屬層之間的多個介電層所組成，這些金屬層和介電層可以通過熟知的半導體集成電路的制造技術形成，為了簡化附圖，在圖1中并未繪出這些金屬層和介電層。另外，導線層121包含多個電路區(qū)，每一個電路區(qū)各自對應至一個光電二極管103。在一些實施例中，影像傳感器100可以是將紅色、綠色、藍色和紅外線像素整合在單一影像感器中的互補式金屬氧化半導體(CMOS)影像傳感器(CIS)。
[0052]在一些實施例中，影像傳感器100包含高介電常數(shù)膜105形成在半導體基底101的另一表面上，高介電常數(shù)膜105設置在光電二極管103上方。影像傳感器100還可包含護膜(passivat1n film) 107形成在高介電常數(shù)膜105上，以及遮光分隔層(light-shielding partit1n layer) 109形成在護膜107上。遮光分隔層109具有多個分隔物，每一個分隔物設置在影像傳感器100的兩個相鄰像素之間，藉此可避免串音干擾(cross-talk)，并且遮光分隔層109還具有多個開口，這些開口是位于分隔物之間。此外，影像傳感器100還可包含另一護膜111覆蓋遮光分隔層109，并且護膜111填充在遮光分隔層109的這些開口中。
[0053]影像傳感器100還包含紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，分別設置在紅色像素100R、綠色像素100G和藍色像素100B中，以及紅外線濾光片115設置在紅色像素100R、綠色像素100G和藍色像素100B中，紅外線濾光片115與紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B堆疊在一起，依據(jù)本公開的一些實施例，紅外線濾光片115可以截止至少具有一特定波長的紅外光。
[0054]在一些實施例中，紅外線濾光片115可以是選擇性的紅外線濾光片(selective IRfilter)，其僅截止具有特定波長的紅外光。在一些其他實施例中，紅外線濾光片115則可以是紅外線截止濾光片(IR cut-off filter)，其可以截止全部紅外線波段內的波長的紅外光。依據(jù)本公開的實施例，紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B與紅外線濾光片115的組合可以讓具有可見光波段內的波長的紅色光、綠色光和藍色光穿透，并且截止了至少具有特定波長的紅外光，被紅外線濾光片115所截止的紅外光的特定波長將說明如后。
[0055]在圖1的實施例中，紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B設置在紅外線濾光片115上。另外，影像傳感器100還包含圖案化緩沖層113形成在護膜111上，并且圖案化緩沖層113位于紅色像素100R、綠色像素100G和藍色像素100B。圖案化緩沖層113具有開口在紅外線像素100IR，紅外線濾光片115形成在圖案化緩沖層113上，并且紅外線濾光片115也具有開口在紅外線像素100IR，在圖1的實施例中，圖案化緩沖層113可以在形成紅外線濾光片115的工藝中作為蝕刻停止層。
[0056]影像傳感器100還包含紅外線通過濾光片(IR pass filter) 119設置在紅外線像素100IR，紅外線通過濾光片119允許具有紅外線波段的波長的紅外光穿透，紅外線通過濾光片119是形成在護膜111上并且位于紅外線像素100IR。此外，紅外線通過濾光片119還填充在圖案化緩沖層113、紅外線濾光片115以及紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B位于紅外線像素100IR的開口中，并且紅外線通過濾光片119的頂部表面高于紅外線濾光片115的頂部表面。在一些實施例中，紅外線通過濾光片119的頂部表面可以與紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的頂部表面齊平。在一些其他實施例中，紅外線通過濾光片119的頂部表面則可以低于或高于紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的頂部表面。如圖1所示，紅外線通過濾光片119還可以設置在影像傳感器100的周邊區(qū)100P，在周邊區(qū)100P的紅外線通過濾光片119具有遮光效果，可以作為遮光元件。
[0057]如圖1所示，影像傳感器100還包含微透鏡結構123設置在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B以及紅外線通過濾光片119上方。此外，影像傳感器100還包含雙波段通過濾光片(double band pass filter) 125設置在微透鏡結構123上方，雙波段通過濾光片125可以讓具有可見光波段內的第一波長的光以及具有特定紅外線波段的第二波長的光穿透，此特定紅外線波段的第二波長將說明如后，設置在雙波段通過濾光片125下方的影像傳感器100的這些元件可以稱為影像傳感器裝置單元130。
[0058]參閱圖2，其是顯示依據(jù)一些實施例，用于物體129成像的影像傳感器100的配置示意圖。如圖2所示，影像傳感器100還包含光源單元127，其是配置為發(fā)出具有特定波段的波長的紅外光128照射在物體129上。在一些實施例中，光源單元127發(fā)出的紅外光128的特定波段的波長與被圖1所示的影像傳感器100的紅外線濾光片115截止的紅外光的特定波長一致。此外，光源單元127發(fā)出的紅外光128的特定波段的波長也與雙波段通過濾光片125的特定紅外線波段的第二波長一致。在一些實施例中，光源單元127可以是在約850nm的近紅外線范圍內操作的發(fā)光二極管(light-emitting d1de ;LED)，因此，被紅外線濾光片115截止的紅外光的特定波長可以是約850nm。此外，雙波段通過濾光片125的特定紅外線波段的第二波長也可以是約850nm。
[0059]如圖2所示，被物體129反射的紅外光128’會穿透過雙波段通過濾光片125到達影像傳感器裝置單元130，因為雙波段通過濾光片125的特定紅外線波段的第二波長與光源單元127發(fā)出的紅外光128的特定波段的波長一致，穿透過雙波段通過濾光片125之后到達影像傳感器裝置單元130的紅外光128”也具有與光源單元127發(fā)出的紅外光128的波長相同的波長。
[0060]再參閱圖1，上述的紅外光128”可以穿透過紅外線通過濾光片119，并且被位于紅外線像素100IR的光電二極管103接收，藉此取得紅外線信號并用于物體129的距離(深度)信息。同時，參閱圖3，其是顯示依據(jù)一些實施例，分別說明影像傳感器100的紅色濾光片117R、綠色濾光片117G、藍色濾光片117B、紅外線通過濾光片119、選擇性的紅外線濾光片115SIR和紅外線截止濾光片115IR-cut的各光學特性的穿透率對波長的附圖。如圖3所示，可見光可以穿透過紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，產生在可見光波段內的紅色、綠色和藍色信號。此外，具有從700nm至1200nm的紅外線波段的波長的紅外光也可以穿透過紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，并且具有高的穿透率。因此，上述的紅外光128”也可以穿透過紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，如果紅外光128”被位于紅色、綠色和藍色像素中的光電二極管103接收，將會導致紅色、綠色和藍色像素中產生的紅色、綠色和藍色信號摻雜了位于紅外線波段的波長處，例如從700nm至1200nm的波長處的屬于紅外線信號的噪聲。
[0061]依據(jù)本公開的實施例，使用紅外線濾光片115與紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B堆疊在一起，此紅外線濾光片115可以截止至少具有特定波長的紅外光，此特定波長與光源單元127發(fā)出的紅外光128的波長相同，因此，上述的紅外光128”將會被紅外線濾光片115截止，使得位于紅色、綠色和藍色像素中的光電二極管103不會接收到紅外光，或者僅接收到很低穿透率的紅外光，如此可以避免屬于紅外線信號的噪聲在影像傳感器100的紅色、綠色和藍色像素中產生，使得影像傳感器100可以收集到純粹的紅外線信號。
[0062]雖然圖2中未繪出，來自于自然光線或另一光源的可見光也會被物體129反射而產生反射的可見光，此反射的可見光會穿透過雙波段通過濾光片125到達影像傳感器裝置單元130，并且此反射的可見光將會穿透過紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，被位于紅色、綠色和藍色像素中的光電二極管103接收，藉此得到物體129的彩色影像信息的紅色、綠色和藍色信號。
[0063]在此實施例中，與紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B堆疊在一起的紅外線濾光片115允許具有可見光波段的波長的光穿透，并且截止了具有紅外線波段的特定波長的光。在一些實施例中，紅外線濾光片115可以是圖3所示的選擇性的紅外線濾光片115SIR，其僅截止具有紅外線波段的特定波長As的光，選擇性的紅外線濾光片115SIR的此特定波長As與光源單元127發(fā)出的紅外光128的波長，例如約850nm—致。在一些其他實施例中，紅外線濾光片115可以是圖3所示的紅外線截止濾光片115IR-cut，其截止了具有全部紅外線波段內的波長，例如從700nm至1200nm以上的波長的光。因此，紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B與紅外線濾光片115的結合允許具有可見光波段的波長的光穿透，并且截止了至少具有特定波長λ 5的紅外光，使得位于紅色、綠色和藍色像素中的光電二極管103不會產生屬于紅外線信號的噪聲，或者僅產生很低的紅外線信號的噪聲。
[0064]如圖3所示，在一些實施例中，紅外線通過濾光片119允許具有紅外線波段的波長，例如從800nm至1200nm以上的波長的紅外光穿透，使得紅外線信號只從位于紅外線像素中的光電二極管103得到，因此，依據(jù)本公開的實施例的影像傳感器100可以收集到純粹的紅外線信號。
[0065]圖4A說明分別從影像傳感器位于紅色像素、綠色像素和藍色像素的光電二極管中所得到的紅色、綠色和藍色信號的穿透率對波長的附圖，此影像傳感器在紅色像素、綠色像素和藍色像素不具有紅外線濾光片。如圖4A所示，影像傳感器所得到的紅色、綠色和藍色信號在紅外線波段的特定波長As處具有高的穿透率Tl，此特定波長λ s與光源單元發(fā)出的紅外光的特定波段的波長一致，在紅外線波段的特定波長As處的高穿透率Tl將會被紅色、綠色和藍色像素中的光電二極管接收，并且產生屬于紅外線信號的噪聲，上述穿透率Tl的范圍可以從約95%至約15%。
[0066]圖4B為依據(jù)本公開的一些實施例，說明分別從影像傳感器100位于紅色像素、綠色像素和藍色像素的光電二極管中所得到的紅色、綠色和藍色信號的穿透率對波長的附圖，在影像傳感器100的紅色像素、綠色像素和藍色像素中具有紅外線濾光片115。如圖4B所示，影像傳感器100所得到的紅色、綠色和藍色信號在紅外線波段的特定波長As處具有低的穿透率T2，此特定波長入5可以與圖2所示的光源單元127發(fā)出的紅外光128的特定波段的波長一致。位于紅色像素、綠色像素和藍色像素的紅外線濾光片115截止了穿透過紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的紅外光，因此，紅色、綠色和藍色像素中的光電二極管將不會接收到紅外光，或者僅接收到低穿透率T2的紅外光，如此將不會有屬于紅外線信號的噪聲，或者僅有很低的紅外線信號的噪聲在影像傳感器100的紅色像素、綠色像素和藍色像素的光電二極管中產生。在一些實施例中，穿透率T2的范圍可以從約0%至約2% 0
[0067]參閱圖5，其是顯示依據(jù)本公開的一些其他實施例，背照式(BSI)影像傳感器100的一部分的剖面示意圖，圖5與圖1的差別在于圖5的影像傳感器100的紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B設置在紅外線濾光片115底下。此外，圖5的影像傳感器100沒有圖案化緩沖層形成在護膜111上。在圖5的實施例中，紅外線通過濾光片119設置在紅外線像素100IR中，并且紅外線通過濾光片119還填充在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的開口中。在一些實施例中，如圖5所示，紅外線通過濾光片119的頂部表面低于紅外線濾光片115的頂部表面，并且在紅外線通過濾光片119上方形成了凹陷120，而形成微透鏡結構123的材料則會填充在紅外線通過濾光片119上方的凹陷120內。在一些其他實施例中，紅外線通過濾光片119的頂部表面可以與紅外線濾光片115的頂部表面齊平，或者高于紅外線濾光片115的頂部表面，其是取決于截止紅外光所需的紅外線濾光片115的厚度。
[0068]在圖5的實施例中，設置在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B上方的紅外線濾光片115會先截止了至少具有特定波長的紅外光，并且讓具有可見光波段的波長的光穿透。紅外線濾光片115所截止的紅外光的特定波長與圖2所示的影像傳感器100的光源單元127發(fā)出的紅外光128的特定波段的波長一致，因此，不會有屬于紅外線信號的噪聲，或者僅有很低的紅外線信號的噪聲在影像傳感器100的紅色像素、綠色像素和藍色像素的光電二極管103中產生，藉此影像傳感器100可以從紅外線像素100IR中的光電二極管103收集到純粹的紅外線信號而不會有噪聲產生。
[0069]圖6A-6D顯示依據(jù)一些實施例，制造圖1的影像傳感器100的各中間階段的剖面示意圖。參閱圖6A，提供含有多個光電二極管103形成于其中的半導體基底101，每一個光電二極管103是各自設置在紅色像素100R、綠色像素100G、藍色像素100B和紅外線像素100IR的一個像素中。在半導體基底101的一表面上形成導線層121，并且導線層121位于光電二極管103下方，導線層121可由多個金屬層與多個介電層組成，這些金屬層和介電層可以通過熟知的半導體集成電路的制造技術形成。
[0070]在半導體基底101的另一表面上形成高介電常數(shù)膜105，并且高介電常數(shù)膜105位于光電二極管103上方。在高介電常數(shù)膜105上形成護膜107，并且在護膜107上形成遮光分隔層109，遮光分隔層109具有多個分隔物各自設置在影像傳感器100的兩個相鄰像素之間，藉此可避免串音干擾。此外，還形成另一護膜111覆蓋遮光分隔層109，并且護膜111填充在遮光分隔層109的開口中。
[0071]如圖6A所示，可以通過涂布工藝在護膜111上形成緩沖材料層112，接著，可以通過涂布工藝在緩沖材料層112的上形成紅外線濾光材料層114，并且紅外線濾光材料層114位于像素陣列區(qū)100A內。
[0072]參閱圖6B，使用緩沖材料層112作為蝕刻停止層，通過蝕刻工藝除去紅外線濾光材料層114位于紅外線像素100IR的一部分，以形成紅外線濾光片115。然后，通過另一蝕刻工藝除去緩沖材料層112位于紅外線像素100IR的一部分，以形成圖案化緩沖層113。如此，可在圖案化緩沖層113和紅外線濾光片115內形成開口 116。如前所述，紅外線濾光片115截止了至少具有特定波長的紅外光。
[0073]參閱圖6C，在一些實施例中，可以通過涂布和微影工藝，在紅外線濾光片115上形成紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，并且分別位于紅色像素、綠色像素和藍色像素。
[0074]參閱圖6D，在紅外線濾光片115的開口 116中形成紅外線通過濾光片119，并且位于護膜111上。此外，紅外線通過濾光片119也形成在周邊區(qū)100P內的護膜111上。在一些實施例中，可通過涂布工藝形成紅外線通過濾光片119，所形成的紅外線通過濾光片119的頂部表面可以與紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的頂部表面齊平。在一些其他實施例中，所形成的紅外線通過濾光片119的頂部表面則可以低于或高于紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的頂部表面。
[0075]接著，在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B以及紅外線通過濾光片119上方形成微透鏡結構123。然后，提供雙波段通過濾光片125設置在微透鏡結構123上方，以完成圖1的影像傳感器100。
[0076]圖7A-7D顯示依據(jù)一些實施例，制造圖5的影像傳感器100的各中間階段的剖面示意圖。參閱圖7A，影像傳感器100的含有多個光電二極管103形成于其中的半導體基底101、導線層121、高介電常數(shù)膜105、護膜107、遮光分隔層109以及另一護膜111可以采用與圖6A所述的相同的方式形成，在此實施例中，于護膜111上沒有形成圖案化緩沖層。
[0077]如圖7A所示，在護膜111上形成紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，并且分別位于紅色像素、綠色像素和藍色像素中，在一些實施例中，可通過涂布與微影工藝形成紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B，并且在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B中形成位于紅外線像素100IR的開口 118。
[0078]參閱圖7B，可通過涂布工藝在紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B上方形成紅外線濾光材料層114，并且紅外線濾光材料層114填充在位于紅外線像素100IR 的開口 118 中。
[0079]參閱圖7C，可通過蝕刻工藝除去紅外線濾光材料層114位于紅外線像素100IR的一部分，以形成紅外線濾光片115，并且在紅外線濾光片115以及紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B中形成開口 131。如前所述，紅外線濾光片115截止了至少具有特定波長的紅外光。
[0080]參閱圖7D，在護膜111上形成紅外線通過濾光片119，并且紅外線通過濾光片119填充在位于紅外線像素100IR的紅外線濾光片115以及紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B的開口 131中。此外，紅外線通過濾光片119也形成在周邊區(qū)100P的護膜111上。在一些實施例中，可通過涂布工藝形成紅外線通過濾光片119，并且所形成的紅外線通過濾光片119的頂部表面低于紅外線濾光片115的頂部表面，藉此在紅外線通過濾光片119上方產生凹陷120。在一些其他實施例中，紅外線通過濾光片119的頂部表面也可以與紅外線濾光片115的頂部表面齊平，或者高于紅外線濾光片115的頂部表面。
[0081]接著，在紅外線濾光片115和紅外線通過濾光片119上方形成微透鏡結構123。在一些實施例中，紅外線通過濾光片119上方產生凹陷120，因此，形成微透鏡結構123的材料也會填充在凹陷120中。然后，提供雙波段通過濾光片125設置在微透鏡結構123上方，以完成圖5的影像傳感器100。
[0082]在圖1和圖5的實施例中，影像傳感器100為背照式(BSI)影像傳感器，在一些其他實施例中，本公開的影像感器也可以是前照式(front-side illuminat1n ；FSI)影像傳感器，在前照式(FSI)影像傳感器中，圖1和圖5中的導線層121會轉變成設置在光電二極管103上方。另外，圖1和圖5中的高介電常數(shù)膜105、護膜107、遮光分隔層109和另一護膜111也可以省略。前照式(FSI)影像傳感器的其他元件，例如圖案化緩沖層113、紅外線濾光片115、紅色濾光片117R、綠色濾光片117G和藍色濾光片117B、紅外線通過濾光片119、微透鏡結構123以及雙波段通過濾光片125則可以與圖1和圖5的背照式(BSI)影像傳感器100中的這些元件相同。
[0083]雖然本發(fā)明已公開較佳實施例如上，然其并非用以限定本發(fā)明，在此技術領域中技術人員當可了解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可做些許變動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視權利要求所界定為準。
【主權項】
1.一種影像傳感器，包括: 一紅色像素、一綠色像素、一藍色像素和一紅外線像素； 一紅色濾光片、一綠色濾光片和一藍色濾光片，分別設置在該紅色像素、該綠色像素和該藍色像素中； 一紅外線通過濾光片，設置在該紅外線像素中；以及 一紅外線濾光片，與該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片堆疊在一起，其中該紅外線濾光片截止至少具有一特定波長的紅外光。2.如權利要求1所述的影像傳感器，還包括一光源單元，該光源單元發(fā)出具有一特定波段的波長的紅外光照射在一物體上，其中該紅外線濾光片截止的該紅外光的該特定波長與該光源單元發(fā)出的該紅外光的該特定波段的波長一致，該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片與該紅外線濾光片的組合允許具有一可見光波段的波長的紅色光、綠色光和藍色光穿透，并且截止具有該特定波段的波長的該光源單元發(fā)出的該紅外光。3.如權利要求1所述的影像傳感器，其中該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片設置在該紅外線濾光片上方，該紅外線通過濾光片的一頂部表面高于該紅外線濾光片的一頂部表面，并且該紅外線通過濾光片的一頂部表面與該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片的一頂部表面齊平。4.如權利要求1所述的影像傳感器，其中該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片設置在該紅外線濾光片底下，該紅外線通過濾光片的一頂部表面低于該紅外線濾光片的一頂部表面，并且一凹陷形成在該紅外線通過濾光片上，且該影像傳感器還包括一微透鏡結構設置在該紅外線濾光片和該紅外線通過濾光片上，其中該微透鏡結構填充在該紅外線通過濾光片上方的該凹陷內。5.如權利要求1所述的影像傳感器，其中該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片與該紅外線濾光片共同具有一開口，并且該紅外線通過濾光片填充在該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片與該紅外線濾光片共同具有的該開口中。6.如權利要求1所述的影像傳感器，其中該紅外線濾光片包括一選擇性的紅外線濾光片，該選擇性的紅外線濾光片截止具有一特定波長的紅外光；或一紅外線截止濾光片，該紅外線截止濾光片截止具有全部紅外線波段內的波長的紅外光。7.如權利要求1所述的影像傳感器，還包括: 一半導體基底含有多個光電二極管形成于其中，其中該半導體基底設置在該紅色濾光片、該綠色濾光片、該藍色濾光片、該紅外線濾光片以及該紅外線通過濾光片下方；以及 一圖案化緩沖層設置在該半導體基底上方，其中該紅色濾光片、該綠色濾光片和該藍色濾光片設置在該紅外線濾光片上，該紅外線濾光片形成在該圖案化緩沖層上，并且該圖案化緩沖層具有一開口位于該紅外線像素。8.如權利要求1所述的影像傳感器，具有一像素陣列區(qū)和一周邊區(qū)圍繞該像素陣列區(qū)，其中該紅色濾光片、該綠色濾光片、該藍色濾光片、該紅外線濾光片以及該紅外線通過濾光片設置在該像素陣列區(qū)，并且該紅外線通過濾光片設置在該周邊區(qū)作為一遮光元件。9.如權利要求1所述的影像傳感器，還包括: 一光源單元，其是配置成發(fā)出具有一特定波長的紅外光照射在一物體上； 一微透鏡結構，設置在該紅色濾光片、該綠色濾光片、該藍色濾光片、該紅外線濾光片和該紅外線通過濾光片上方；以及 一雙波段通過濾光片，設置在該微透鏡結構上方，其中該雙波段通過濾光片允許具有一可見光波段的一第一波長的光與具有一特定紅外光波段的一第二波長的光穿透，并且該特定紅外光波段的該第二波長與該光源單元發(fā)出的該紅外光的該特定波長一致。10.一種影像傳感器的形成方法，包括: 提供一半導體基底，含有多個光電二極管形成于其中，其中每一個該光電二極管設置在該影像傳感器的一紅色像素、一綠色像素、一藍色像素以及一紅外線像素的其中一個像素中； 形成一紅外線濾光材料層在該半導體基底之上； 除去該紅外線濾光材料層位于該紅外線像素的一部分，形成一紅外線濾光片，其中該紅外線濾光片截止至少具有一特定波長的紅外光，并且該紅外線濾光片具有一開口位于該紅外線像素； 形成一紅色濾光片、一綠色濾光片和一藍色濾光片，分別位于該紅色像素、該綠色像素和該藍色像素中；以及 形成一紅外線通過濾光片在該紅外線濾光片位于該紅外線像素的該開口內。11.如權利要求10所述的影像傳感器的形成方法，還包括: 形成一緩沖材料層在該半導體基底之上；以及 除去該緩沖材料層位于該紅外線像素的一部分，形成一圖案化緩沖層。
【文檔編號】H01L27/146GK105990378SQ201510060545
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月5日
【發(fā)明人】黃自維, 王唯科, 林綺涵
【申請人】采鈺科技股份有限公司