TW202040806A - 固態影像裝置 - Google Patents
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Abstract
固態影像裝置包含設置於基底中的第一組單元，第一組單元包含依序排列的第一像素單元、第二像素單元、和第三像素單元，且這些像素單元具有各自的光電轉換元件。此固態影像裝置還包含設置於第一組單元之上的金屬柵結構。金屬柵結構包含設置於第一像素單元與第二像素單元之間的第一部分，以及設置於第二像素單元與第三像素單元之間的第二部分。第一部分具有第一寬度，而第二部分具有大於第一寬度的第二寬度。
Description
本發明實施例是有關於固態影像裝置，特別是有關於無微透鏡的固態影像裝置。
影像感測器(image sensor)為一種將光子轉換為電訊號的半導體裝置。影像感測器一般分為電荷耦合元件(CCD)與互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器。上述影像感測器中，互補式金屬氧化物半導體感測器包括用來偵測入射光並將其轉換為電訊號的光二極體，以及用來傳輸與處理電訊號的邏輯電路。
近年來，相位偵測自動對焦(phase detection autofocus，PDAF)技術已導入數位單鏡反光相機(DSLR)、數位靜態相機(DSC)及智慧手機相機等電子產品。其原理係提供一對其上安裝有微透鏡(microlens)的半遮光綠色像素。此兩綠色像素的訊號差異即創造出相位偵測自動對焦(PDAF)的功能。然而，由於形成微透鏡於像素(pixel)上限制了像素的彩色濾光器(color filter)的厚度，所以難以提升照射在像素的光電轉換元件的入射光的色純度。
因此，開發一種不需要微透鏡之新穎的影像感測結構而是眾所期待的。
在固態影像裝置中，入射光以傾斜角照射在像素陣列的非中央區，此傾斜角大於入射光照射在像素陣列的中央區的法線角。入射角是固態影像裝置之光接收面的法線與入射光之間的夾角。因此，像素單元間的串音(crosstalk)在非中央區高於在中央區，這降低了在非中央區之相位偵測自動對焦像素單元(PDAF)的靈敏度。
根據本揭露實施例，固態影像裝置的金屬柵結構包含一金屬柵，其設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元靠近像素陣列中心的一側。上述金屬柵的寬度大於設置於兩影像捕獲(image-capture)像素單元間之一金屬柵的寬度，這降低了像素單元間的串音，並提升相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元的靈敏度。
本發明實施例提供固態影像裝置，此固態影像裝置包含設置於基底中的第一組單元。第一組單元包含依序排列的第一像素單元、第二像素單元、和第三像素單元，且這些像素單元具有各自的光電轉換元件。此固態影像裝置還包含設置於第一組單元之上的金屬柵結構。金屬柵結構包含設置於第一像素單元與第二像素單元之間的第一部分，以及設置於第二像素單元與第三像素單元之間的第二部分。第一部分具有第一寬度，而第二部分具有大於第一寬度的第二寬度。
配合所附圖式，透過以下實施例詳細說明。
以下內容提供了很多不同的實施例或範例，用於實現本發明實施例的不同部件。組件和配置的具體實施例或範例描述如下，以簡化本發明實施例。當然，這些僅僅是範例，並非用以限定本發明實施例。舉例來說，敘述中若提及第一部件形成於第二部件之上，可能包含形成第一和第二部件直接接觸的實施例，也可能包含額外的部件形成於第一和第二部件之間，使得第一和第二部件不直接接觸的實施例另外，本發明實施例可能在許多範例中重複元件符號及/或字母。這些重複是為了簡化和清楚的目的，其本身並非代表所討論各種實施例及/或配置之間有特定的關係。
以下討論一些實施例的一些變化。在各種示意圖和圖示實施例中，相同的元件以相同的元件表示。應理解的是，在所述方法之前、期間、和之後可提供額外的步驟，並且對於其他一些方法實施例可置換或省略所述的一些步驟。
請參考第1A圖，第1A圖是根據本發明一些實施例，顯示固態影像裝置100的上視示意圖。固態影像裝置100包含基底102、設置於基底102中的像素陣列109、以及設置於像素陣列109之上的金屬柵結構110。
基底102包含陣列區104和在陣列區104周圍的遮光區105。像素陣列109位於陣列區104中。像素陣列109包含相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106和影像捕獲像素單元108(以虛線方格表示)，相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106和影像捕獲像素單元108在第一方向D1以及第二方向D2上排列，第二方向D2垂直於第一方向D1。
第一方向D1平行於像素陣列109之長方形形狀的長度方向，而第二方向D2平行於像素陣列109之長方形形狀的寬度方向。第一方向D1是從像素陣列109的中心C朝向邊緣E1延伸的方向，而第二方向D2是從像素陣列109的中心C朝向邊緣E2延伸的方向。
像素陣列109具有平行於第一方向D1的第一中央線C1、以及平行於第二方向D2的第二中央線C2。第一中央線C1與第二中央線C2相交於像素陣列109的中心C。像素陣列109包含中央區109C和中央區109C周圍的非中央區109O。像素陣列109的中心C位於中央區109C內。在一些實施例中，中央區109C可具有長方形形狀或圓形形狀。在一些實施例中，中央區109C可包含從像素陣列109的中心C朝向邊緣，延伸像素陣列109的長度(或寬度)15%的區域。
相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106和影像捕獲像素單元108包含形成於基底102中之各自的光電傳換元件(未顯示於第1A圖)。藉由光線入射在成對的相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106的相位差決定至物件的距離，相位偵測自動對焦(PDAF)可用於快速對焦在物件上。
金屬柵結構110形成於基底102之上。金屬柵結構110包含沿著第一方向D1延伸的水平部分、和沿著第二方向D2延伸的垂直部分。金屬柵結構110的這些部分對應設置於像素單元間的邊界處。具體而言，一部分的金屬柵結構110設置於兩個相鄰的影像捕獲像素單元108之間的邊界處，將其定義為第一部分112。一部分的金屬柵結構110設置於一個相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元108與其相鄰的兩個影像捕獲像素單元108之間的邊界處，將其定義為第二部分114和第三部分115，其中第二部分114設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106靠近像素陣列中心C的一側，第三部分115設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106靠近像素陣列邊緣E1(或E2)的另一側。
舉例而言，一組單元設置於像素陣列109的中央區109C中。這組單元包含依序排列於第一方向D1的影像捕獲像素單元1081
、影像捕獲像素單元1082
、相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1061
、和影像捕獲像素單元1083
。第一部分112C
設置於影像捕獲像素單元1081
與影像捕獲像素單元1082
之間。第二部分114C
設置於影像捕獲像素單元1082
與相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1061
之間。第三部分115C
設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1061
與影像捕獲像素單元1083
之間。
舉例而言，一組單元設置於像素陣列109的中間區中。這組單元包含依序排列於第一方向D1的影像捕獲像素單元1084
、影像捕獲像素單元1085
、相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1062
、和影像捕獲像素單元1086
。第一部分112M
設置於影像捕獲像素單元1084
與影像捕獲像素單元1085
之間。第二部分114M
設置於影像捕獲像素單元1085
與相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1062
之間。第三部分115M
設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1062
與影像捕獲像素單元1086
之間。
舉例而言，一組單元設置於像素陣列109的邊緣區中。這組單元包含依序排列於第一方向D1的影像捕獲像素單元1087
、影像捕獲像素單元1088
、相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1063
、和影像捕獲像素單元1089
。第一部分112E
設置於影像捕獲像素單元1087
與影像捕獲像素單元1088
之間。第二部分114E
設置於影像捕獲像素單元1088
與相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1063
之間。第三部分115E
設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1063
與影像捕獲像素單元1089
之間。
舉例而言，一組單元設置於像素陣列109的角落區中。這組單元包含依序排列於第二方向D2的影像捕獲像素單元10810
、相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1064
、和影像捕獲像素單元10811
。第二部分114F
設置於影像捕獲像素單元10810
與相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1064
之間。第三部分115F
設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元1064
與影像捕獲像素單元10811
之間。
為了明確簡潔，第1A圖僅顯示以上部件，其餘部件可見於第1B-1、1B-2和1B-3圖。
請參考第1B-1、1B-2和1B-3圖，第1B-1、1B-2和1B-3圖，分別顯示固態影像裝置100於中央區、中間區、和邊緣區的部分的剖面示意圖。在一實施例中，基底102可以是矽基底。在一些實施例中，基底102可以是矽鍺基底、砷化鎵基底、或類似基底。在一些實施例中，基底102可以是鍺基底、絕緣體上覆半導體基底，例如絕緣體上覆矽(SOI)基底。
固態影像裝置100還包含設置於基底102中的隔離結構120。隔離結構120界定出基底102中的相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元108和影像捕獲像素單元106。換言之，隔離結構120形成於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106與影像捕獲像素單元108的邊界處、以及兩個相鄰影像捕獲像素單元108的邊界處。在一些實施例中，隔離結構120可以是或者包含氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、或前述之組合，並且可透過圖案化製程和沉積製程形成。
光電轉換元件122和123(例如光電二極體(photodiode))設置於基底102中，其中光電轉換元件122設置於影像捕獲像素單元108中，而光電轉換元件123設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106中。隔離結構120將光電轉換元件122彼此隔開，且將光電轉換元件122與光電轉換元件123隔開。在一些實施例中，單一光電轉換元件122形成於單一影像捕獲像素單元108中，四個光電轉換元件123形成於單一相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106中。光電轉換元件122和123配置以感測入射光，並根據照射在光電轉換元件上的入射光強度產生強度訊號。
在一些實施例中，光電轉換元件122和123相鄰基底102的背表面設置。基底102的前表面通常具有固態影像裝置100所需的各種線路和電路(未顯示)的線路層形成於前表面上。在第1A至1B-3圖所示的一些實施例中，固態影像裝置100是背照式(backside illumination，BSI)影像裝置。在背照式影像裝置中，具有光電轉換元件122和123形成其上之基底102的背表面靠近固態影像裝置100的入射光接收面。具有線路層形成於其上之基底102的前表面則遠離固態影像裝置100的入射光接收面。
在其他一些實施例中，固態影像裝置100可以是前照是(front-side illumination，FSI)影像裝置。在前照式影像裝置中，具有線路層形成於其上之基底102的前表面靠近固態影像裝置100的入射光接收面，具有光電轉換元件122和123形成其上之基底102的背表面則遠離固態影像裝置100的入射光接收面。
固態影像裝置100還包含高介電常數(high-k)膜124和緩衝層126。高介電常數膜124設置於基底102之上且覆蓋光電轉換元件122和123。緩衝層126設置於高介電常數膜124之上。在一些實施例中，高介電常數膜124可以是或者包含氧化鉿(HfO2
)、氧化鉭鉿(HfTaO)、氧化鈦鉿(HfTiO)、氧化鋯鉿(HfZrO)、五氧化二鉭(Ta2
O5
)、前述之組合、或類似材料，並且可透過沉積製程形成高介電常數膜124。緩衝層126可以是或者包含氧化矽、氮化矽、或氮氧化矽，並且可透過沉積製程形成。
包含第一部分112、第二部分114和第三部分115的金屬柵結構110設置於緩衝層126之上。金屬柵結構110配置為相鄰像素單元之間的光隔離，以增加靈敏度(例如，量子效率(quantum efficiency，QE))並降低像素單元之間的串音。在一些實施例中，金屬柵結構110可以是或包含鎢(W)、銅(Cu)、或鋁銅(AlCu)，並且可透過沉積製程或電鍍，後續進行圖案化製程形成。
固態影像裝置100還包含鈍化(passivation)層128，鈍化層128設置於緩衝層126的上表面，並覆蓋金屬柵結構110。鈍化層128填入金屬柵結構110的開口中。鈍化層128具有平坦頂面。在一些實施例中，鈍化層128可以是或者包含氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、前述之組合、或類似材料，並且可透過沉積製程形成。在其他一些實施例中，可以不形成鈍化層128。鈍化層128的厚度可以在約0微米(μm)至約0.3微米，例如約0.05微米至約0.3微米。
固態影像裝置100還包含設置於鈍化層128上表面之上的介電柵結構130和彩色濾光器132和133。介電柵結構130界定由彩色濾光器132和133填入的開口。彩色濾光器132對應設置於影像捕獲像素單元108之上，而彩色濾光器133對應設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106之上。在一些實施例中，介電柵結構130設置於金屬柵結構110之上，並對齊金屬柵結構110。當從上視角度觀之，介電柵結構130具有與金屬柵結構110相同或相似的形狀。
一部分的介電柵結構130設置於兩個相鄰的影像捕獲像素單元108之間，將其定義微第一部分142。一部分的介電柵結構130設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106與其相鄰的兩個影像捕獲像素單元108之間，將其定義微第二部分144和第三部分145。第二部分144設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106靠近像素陣列中心C的一側。而第三部分145設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106靠近像素陣列邊緣E1(或E2)的另一側。
在一些實施例中，介電柵結構130可以是透光材料，其折射率小於彩色濾光器132和133的折射率。因為介電柵結構130的低折射率，彩色濾光器132和133內的入射光經歷全內反射，因而介電柵結構130作為光導引，以導引入射光通過彩色濾光器132和133至光電傳換元件122和123。在一些實施例中，介電柵結構130可以是或者包含介電質，例如氧化矽(例如SiO2
)或氧化鉿(例如HfO2
)，並且可透過沉積製程和圖案化製程形成。彩色濾光器132和133指定為入射光之對應的顏色或波長，並且配置以過濾指定顏色或波長之外的全部入射光。
固態影像裝置100還包含平坦化層134和低折射率(low-n)氧化層136。平坦化層134設置於介電柵結構130和彩色濾光器132和133之上。在一些實施例中，平坦化層134的折射率小於1.6。低折射率氧化層136為抗反射層，其具有範圍在約1.2至約1.5的折射率。在一些實施例中，低折射率氧化層136可以是或者包含氧化矽(例如SiO2
)，並且可透過沉積製程或塗布製程形成。
在本發明實施例中，沒有微透鏡形成於固態影像裝置100。換言之，固態影像裝置100未包含形成於低折射率層136之上的微透鏡。因為對應設置於像素單元106和108之上的微透鏡會將入射光聚焦於焦點上，限制了彩色濾光器的厚度。相較於在固態影像裝置100之上形成微透鏡的情況，在沒有微透鏡的實施例中，可增加彩色濾光器的厚度。舉例而言，第1B-1至1B-3的彩色濾光器132和133的厚度可在約0.85微米至約1.3微米。在本發明實施例中，較厚的彩色濾光器132和133提升了入射光的色純度，導致固態影像裝置之效能的增強。
然而，入射光以傾斜角照射在像素陣列的非中央區，此傾斜角大於入射光照射在像素陣列的中央區的法向角，入射角是固態影像裝置的光接收面的法線與入射光之間的夾角。因此，在非中央區中像素單元的串音高於在中央區中，這降低了非中央區之相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元的靈敏度。本發明實施例利用金屬柵結構110，其包含設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106之靠近像素陣列中心C的一側。此金屬柵的寬度大於設置於兩個相鄰的影像捕獲像素單元108之間的金屬柵的寬度，這降低了像素單元之間的串音，並增加了相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元的靈敏度。此部分於後續詳述。
回頭參考第1A圖，第1A圖顯示在第一方向D1上排列的三組像素單元，以說明金屬柵結構110的寬度變化，其中這三組像素單元分別位於像素陣列109的中央區109C、中間區、及邊緣區，並且各自包含一個相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106和數個影像捕獲像素單元108。上述中間區及邊緣區位於像素陣列109的非中央區109O，並且中間區介於中央區109C與邊緣區之間。
請參考第1A至1B-3圖，當從第一方向D1量測時，第一部分112具有各自的第一寬度W1，第一寬度W1從像素陣列109的中心C至邊緣E1是一致的。在一些實施例中，第一寬度W1可以在約0.06微米至約0.2微米。舉例而言，像素陣列109的邊緣區的第一部分112E
的第一寬度W1E
與像素陣列109的中間區的第一部分112M
的第一寬度W1M
和像素陣列109的中央區的第一部分112C
的第一寬度W1C
相同。
當從第一方向D1量測時，第二部分114具有各自的第二寬度W2，第二寬度W2自像素陣列109的中心C朝向邊緣E1增加。舉例而言，在像素陣列109的邊緣區的第二部分114E
的第二寬度W2E
大於在像素陣列109的中間區的第二部分114M
的第二寬度W2M
，在像素陣列109的中間區的第二部分114M
的第二寬度W2M
大於在像素陣列109的中央區109C的第二部分114C
的第二寬度W2C
。
當從第一方向D1量測時，第三部分115具有各自的第三寬度W3，第三寬度W3自像素陣列109的中心C朝向邊緣E1減少。舉例而言，在像素陣列109的邊緣區的第三部分115E
的第三寬度W3E
小於在像素陣列109的中間區的第三部分115M
的第三寬度W3M
，在像素陣列109的中間區的第三部分115M
的第三寬度W3M
小於在像素陣列109的中央區109C的第三部分115C
的第三寬度W3C
。在一些實施例中，第二寬度W2和第三寬度W3可以在約0.11微米至約0.65微米的範圍內。
再者，在中央區109C中，第一部分112C
的第一寬度W1C
等於第二部分114C
的第二寬度W2C
及第三部分115C
的第三寬度W3C
。因此，在非中央區109O中，第二部分114的第二寬度W2大於第一部分112的第一寬度W1，而第一部分112的第一寬度W1大於第三部分115第三寬度W3。
再者，在一些實施例中，第二寬度W2M
加第三寬度W3M
等於兩倍的第一寬度W1M
。第二寬度W2E
加第三寬度W3E
等於兩倍的第一寬度W1E
。
請參考第1B-1圖，在中央區109C中，第二部分114C
的一半位於影像捕獲像素單元108中，第二部分114C
的另一半位於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106中。請參考第1B-2和1B-3圖，在非中央區109O中，第二部分114超過一半位於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106中，第二部分114少於一半位於影像捕獲像素單元108中。
值得注意的是，因為第二部分114具有增加的第二寬度W2在相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106中，第二部分114可有利地阻擋入射光在鄰近的像素單元之間穿透，這降低像素單元之間的串音，並增加相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106的靈敏度。
繼續參考第1A圖，當從第二方向D2量測時，第一部分112具有各自的第四寬度W4，第四寬度W4自像素陣列109的中心朝向邊緣E2為一致的。當從第二方向D2量測時，第二部分114具有各自的第五寬度W5，第五寬度W5自像素陣列109的中心朝向邊緣E2增加。當從第二方向D2量測時，第三部分115具有各自的第六寬度W6，第六寬度W6自像素陣列109的中心朝向邊緣E2減少。再者，第一部分112的第四寬度W4C
等於第二部分114的第五寬度W5C
及第三部分115的第六寬度W6C
。
根據第1A至1B-3圖所示的實施例，在像素陣列的非中央區，金屬柵結構的第二部分，設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元之靠近陣列中心的第一側，其厚度大於設置於兩個影像捕獲像素單元之間之金屬柵結構的第一部分的厚度，以提供入射光的色純度與串音之間的良好平衡。
第1C-1至1C-3圖是根據本發明其他一些實施例的剖面示意圖，其顯示固態影像裝置100在中央區、中間區及邊緣區的一些部分，其中與第1B-1至1B-3圖之相同元件採用相同的符號表示並省略其說明。第1C-1至1C-3圖的實施例與第1B-1至1B-3圖的實施例的差異在於，在第1C-1至1C-3圖的實施例中，未形成如第1B-1至1B-3圖所示的鈍化層128。
此外，金屬柵結構110接觸介電柵結構130。金屬柵結構110與介電柵結構130共同界定出由彩色濾光器132和133所填入的開口。因此，這可進一步增加彩色濾光器132和133的厚度。舉例而言，彩色濾光器132和133的厚度的範圍可以在約0.85微米至約1.3微米。因此，提升了入射光的色純度，從而增強固態影像裝置的效能。
第2A和2B圖是根據本發明其他一些實施例，顯示固態影像裝置200的上視示意圖和剖面示意圖，其中與第1A至1B-3圖之相同元件採用相同的符號表示並省略其說明。
第2A圖顯示在第一方向D1上排列的三組像素單元，以說明金屬柵結構110的寬度變化，其中這三組像素單元分別位於像素陣列109的中央區109C、中間區、及邊緣區，並且各自包含一個相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106和數個影像捕獲像素單元108。上述中間區及邊緣區位於像素陣列109的非中央區109O，並且中間區介於中央區109C與邊緣區之間。第2B圖顯示固態影像裝置200於邊緣區的部分的剖面示意圖。
請參考第2A和2B圖，當從第一方向D1量測時，第一部分112具有各自的第一寬度W1，第一寬度W1從像素陣列109的中心C至邊緣E1是一致的。在一些實施例中，第一寬度W1可以在約0.06微米至約0.2微米。舉例而言，像素陣列109的邊緣區的第一部分112E
的第一寬度W1E
與像素陣列109的中間區的第一部分112M
的第一寬度W1M
和像素陣列109的中央區的第一部分112C
的第一寬度W1C
相同。
當從第一方向D1量測時，第二部分114具有各自的第二寬度W2，第二寬度W2從像素陣列109的中心C至邊緣E1是一致的。舉例而言，像素陣列109的邊緣區的第二部分114E
的第二寬度W2E
與像素陣列109的中間區的第二部分114M
的第二寬度W2M
和像素陣列109的中央區的第二部分114C
的第二寬度W2C
相同。
當從第一方向D1量測時，第三部分115具有各自的第三寬度W3，第三寬度W3從像素陣列109的中心C至邊緣E1是一致的。舉例而言，像素陣列109的邊緣區的第三部分115E
的第三寬度W3E
與像素陣列109的中間區的第三部分115M
的第三寬度W3M
和像素陣列109的中央區的第三部分115C
的第三寬度W3C
相同。在一些實施例中，第二寬度W2和第三寬度W3可以在約0.11微米至約0.65微米。
再者，在中央區109C和非中央區109O中，第二部分114的第二寬度W2可以等於第三部分115的第三寬度W3，並且大於第一部分112的第一寬度W1。
請參考第2B圖，第二部分114E
超過一半位於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106中，而第二部分114E
少於一半位於影像捕獲像素單元108中。
值得注意的是，因為第二部分114具有增加的第二寬度W2在相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106中，第二部分114可有利地阻擋入射光在鄰近的像素單元之間穿透，這降低像素單元之間的串音，並增加相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元的靈敏度。
相似地，當從第二方向D2量測時，第一部分112具有各自的第四寬度W4，第四寬度W4自像素陣列109的中心朝向邊緣E2為一致的。第二部分114具有各自的第五寬度W5，第五寬度W5自像素陣列109的中心朝向邊緣E2為一致的。第三部分115具有各自的第六寬度W6，第六寬度W6自像素陣列109的中心朝向邊緣E2為一致的。在如第2A圖所示的實施例中，第五寬度W5等於第六寬度W6並大於第三寬度W4。
根據第2A和2B圖所示的實施例，在像素陣列的非中央區，金屬柵結構的第二部分，設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元之靠近陣列中心的一側，其厚度大於設置於兩個影像捕獲像素單元之間之金屬柵結構的第一部分的厚度，以提供入射光的色純度與串音之間的良好平衡。
再者，在一些實施例中，介電柵結構130的寬度可以不同於金屬柵結構110的寬度，如第2B圖所示。舉例而言，介電柵結構130的第二部分144可以比金屬柵結構110的第二部分114窄。介電柵結構130的第三部分145可以比金屬柵結構110的第三部分115窄。
此外，本發明實施例提供調整沒有形成微透鏡之相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元的靈敏度特性的方法。
第3和4圖是根據本發明一些實施例之角回應曲線(ARC)的圖表300和400，其說明像素陣列中央區之相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元的靈敏度與入射光照在相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元的入射角的關係的模擬結果。以A結尾的曲線(例如，301A)顯示經由靠近右側的光電轉換元件123所收集之相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106的靈敏度特性，而以B結尾的曲線(例如，301B)顯示經由靠近左側的光電轉換元件123所收集之相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106的靈敏度特性。
請參考第3圖，曲線301A-303B顯示如第2B圖所示之相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106之靈敏度特性，其中曲線303A-B、302A-B、301A-B分別表示第二部分114的第二寬度W2為高、中、低。
圖表300顯示具有較高的第二寬度W2的第二部分114導致較高的靈敏度斜率。因此，在沒有微透鏡的情況下，透過調整金屬柵結構之第二部分的寬度，可調整相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106的靈敏度特性。
請參考第4圖，曲線401A和402B顯示如第1B-1圖所示之相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106的靈敏度特性，其中曲線401A表示鈍化層128的厚度T為0微米(即，未形成)，而曲線402A表示鈍化層128的厚度T為0.4微米。圖表400顯示具有較高的厚度T的鈍化層128導致較高的靈敏度特性。因此，在沒有微透鏡的情況下，透過調整鈍化層的厚度，可調整相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元106的靈敏度特性。
根據本發明實施例，固態影像裝置未包含形成於固態影像裝置之上的微透鏡。因此，可增加彩色濾光器的厚度，這提升了入射光的色純度，進而增強增固態影像裝置的效能。
再者，在像素陣列的非中央區，金屬柵結構的第二部分，設置於相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元之靠近陣列中心的一側，其厚度大於設置於兩個影像捕獲像素單元之間之金屬柵結構的第一部分的厚度，以提供入射光的色純度與串音之間的良好平衡。
儘管已經透過示例，並根據較佳實施例描述了本發明，但應理解的是，本發明不限於所公開的實施例。 反之，涵蓋了各種修改和類似的佈置(對於發明所屬技術領域中具有通常知識者來說是顯而易見的)。 因此，所附申請專利範圍的範圍應當被賦予最廣泛的解釋，以包含所有這些修改和類似的安排。
100、200:固態影像裝置
102:基底
104:陣列區
105:遮光區
106、1061、1062、1063、1064:相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元
108、1081、1082、1083、1084、1085、1086、1087、1088、1089、10810、10811:影像捕獲像素單元
109:像素陣列
109C:中央區
109O:非中央區
110:金屬柵結構
112C、112E、112M、112F、142C、142E、142M:第一部分
114C、114E、114M、114F、144C、144E、144M:第二部分
115C、115E、115M、115F、145C、145E、145M:第三部分
120:隔離結構
122、123:光電轉換元件
124:高介電常數膜
126:緩衝層
128:鈍化層
130:介電柵結構
132、133:彩色濾光器
134:平坦化層
136:低折射率氧化層
300、400:圖表
301A、301B、302A、302B、303A、303B、401A、402A:曲線
C:中心
C1:第一中央線
C2:第二中央線
D1:第一方向
D2:第二方向
E1、E2:邊緣
T:厚度
W1C、W1E、W1M:第一寬度
W2C、W2E、W2M:第二寬度
W3C、W3E、W3M:第三寬度
W4C、W4E:第四寬度
W5C、W5E:第五寬度
W6C、W6E:第六寬度
藉由以下的詳細描述配合所附圖式，可以更加理解本發明實施例的內容。需強調的是，根據產業上的標準慣例，許多部件(feature)並未按照比例繪製。事實上，為了能清楚地討論，各種部件的尺寸可能被任意地增加或減少。 第1A圖是根據本發明一些實施例，顯示固態影像裝置的上視示意圖； 第1B-1、1B-2和1B-3是根據本發明一些實施例，顯示第1A圖所示的固態影像裝置之部分的剖面示意圖； 第1C-1、1C-2和1C-3是根據本發明其他一些實施例，顯示固態影像裝置之部分的剖面示意圖； 第2A圖是根據本發明其他一些實施例，顯示固態影像裝置的上視示意圖； 第2B是根據本發明一些實施例，顯示第2A圖所示的固態影像裝置之部分的剖面示意圖； 第3圖是根據本發明一些實施例之角回應曲線(angular response curves ，ARC)的圖表，其說明像素陣列中央區之相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元的靈敏度與入射光照在相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元的入射角的關係的模擬結果； 第4圖是根據本發明一些實施例之角回應曲線(ARC)的圖表，其說明像素陣列中央區之相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元的靈敏度與入射光照在相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元的入射角的關係的模擬結果。
100:固態影像裝置
102:基底
104:陣列區
105:遮光區
106、1061、1062、1063、1064:相位偵測自動對焦像素單元
108、1081、1082、1083、1084、1085、1086、1087、1088、1089、10810、10811:影像捕獲像素單元
109:像素陣列
109C:中央區
109O:非中央區
110:金屬柵結構
112C、112E、112M、112F:第一部分
114C、114E、114M、114F:第二部分
115C、115E、115M、115F:第三部分
C:中心
C1:第一中央線
C2:第二中央線
D1:第一方向
D2:第二方向
E1、E2:邊緣
W1C、W1E、W1M:第一寬度
W2C、W2E、W2M:第二寬度
W3C、W3E、W3M:第三寬度
W4C、W4E:第四寬度
W5C、W5E:第五寬度
W6C、W6E:第六寬度
Claims (10)
- 一種固態影像裝置，包括： 一第一組單元，設置於一基底中，包括依序排列的一第一像素單元、一第二像素單元、和一第三像素單元，且該第一、第二和第三像素單元具有各自的光電轉換元件；以及 一金屬柵結構，設置於該第一組單元之上，包括： 一第一部分，設置於該第一像素單元與該第二像素單元之間，且具有一第一寬度；以及 一第二部分，設置於該第二像素單元與該第三像素單元之間，且具有一第二寬度，該第二寬度小於該第一寬度。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態影像裝置，其中： 該第一組單元更包括一第四像素單元，其中該第三像素單元位於該第二像素單元與該第四像素單元之間； 該金屬柵結構更包括一第三部分，該第三部分設置於該第三像素單元與該第四像素單元之間，且具有一第三寬度，該第三寬度小於該第一寬度； 該第二寬度加該第三寬度等於兩倍的該第一寬度； 該第一像素單元和該第二像素單元為影像捕獲像素單元，且該第三像素單元為相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態影像裝置，其中： 該第一組單元更包括一第四像素單元，其中該第三像素單元位於該第二像素單元與該第四像素單元之間； 該金屬柵結構更包括一第三部分，該第三部分設置於該第三像素單元與該第四像素單元之間，且具有一第三寬度，該第三寬度大於該第一寬度。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態影像裝置，更包括： 一第二組單元，設置於該基底中，包括依序排列的一第五像素單元、一第六像素單元、和一第七像素單元，且該第五、第六和第七像素單元具有各自的光電轉換元件； 其中該金屬柵結構更包括： 一第四部分，設置於該第五像素單元與該第六像素單元之間，且具有一第四寬度；以及 一第五部分，設置於該第六像素單元與該第七像素單元之間，且具有一第五寬度，該第五寬度等於該第四寬度。
- 如申請專利範圍第4項所述之固態影像裝置，更包括： 一第三組單元，設置於該基底中，包括依序排列的一第八像素單元、一第九像素單元、和一第十像素單元，且該第八、第九和第十像素單元具有各自的光電轉換元件； 其中該金屬柵結構更包括： 一第六部分，設置於該第八像素單元與該第九像素單元之間，且具有一第六寬度；以及 一第七部分，設置於該第九像素單元與該第十像素單元之間，且具有一第七寬度，該第七寬度大於該第六寬度。
- 如申請專利範圍第5項所述之固態影像裝置，其中： 該第一像素單元、該第二像素單元、該第五像素單元、該第六像素單元、該第八像素單元、和該第九像素單元為影像捕獲像素單元，且該第三像素單元、該第七像素單元、和該第十像素單元為相位偵測自動對焦(PDAF)像素單元； 該第七寬度大於該第二寬度，且該第二寬度大於該第五寬度。
- 如申請專利範圍第5項所述之固態影像裝置，其中： 該第一組單元、該第二組單元、和該第三組單元排列成一陣列，且該第二組單元、該第一組單元、和該第三組單元依序排列於一方向，該方向自該陣列的一中心朝向該陣列的一邊緣； 該第一像素單元、該第二像素單元、和該第三像素單元依序排列於該方向。
- 如申請專利範圍第5項所述之固態影像裝置，其中： 該第二組單元更包括一第十一像素單元，其中該第七像素單元位於該第六像素單元與該第十一像素單元之間； 該第三組單元更包括一第十二像素單元，其中該第十像素單元位於該第九像素單元與該第十二像素單元之間； 其中該金屬柵結構更包括： 一第八部分，設置於該第七像素單元與該第十一像素單元之間，且具有一第八寬度；以及 一第九部分，設置於該第十像素單元與該第十二像素單元之間，且具有一第九寬度，該第九寬度小於該第八寬度。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態影像裝置，更包括： 一隔離結構，設置於該基底中，其中該隔離結構界定出該第一組單元； 一高介電常數(high-k)膜，設置於該基底之上； 一緩衝層，設置於該高介電常數膜與該金屬柵結構之間；以及 一鈍化層，設置於該金屬柵結構之上及該金屬柵結構中，其中該鈍化層的厚度範圍在0.05微米至0.3微米。
- 如申請專利範圍第1項所述之固態影像裝置，更包括： 一介電柵結構，設置於該金屬柵結構之上； 複數個彩色濾光器，設置於該介電柵結構中，其中該等彩色濾光器更設置於該金屬柵結構中； 一平坦化層，設置於該介電柵結構和該等彩色濾光器之上；以及 一低折射率(low-n)氧化層，設置於該平坦化層之上。
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