TWI527203B - 用於降低紅外線反射雜訊的鬼影之紅外線反射／吸收層及使用其之影像感測器 - Google Patents

用於降低紅外線反射雜訊的鬼影之紅外線反射／吸收層及使用其之影像感測器 Download PDF

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Description

用於降低紅外線反射雜訊的鬼影之紅外線反射/吸收層及使用其之 影像感測器
本揭露內容是有關於影像感測器，且特別是有關於大幅地減少或消除由紅外線(IR)輻射之反射所導致的鬼影(ghost image)之影像感測器。
具有可見光及近紅外光(NIR)能力影像感測器已被使用於汽車用感測器，在諸如駕駛輔助應用及安全應用的應用中，例如行人、障礙物及標誌偵測、後視或倒車照相機應用等。這種感測器可操作於雙模式下，其允許它們能在白天(可見光譜應用)及夜間視覺(紅外線應用)發揮雙重功能。此種新併入的紅外線能力係藉由擴張感測器的光譜光靈敏度至大約1050nm(適應於750-1400nm的近紅外光範圍)的一些工藝水準來增強的發展及實施而變得可能。
此種雙模能力之一項缺點係為在近紅外光範圍中之新靈敏度已經導致被建構之紅外線鬼影。在某些情況下，紅外線輻射可被譬如藉由影像感測器之重新分配層(RDL)反射，然後被影像感測器偵測。這產生進入影像感測器之雜訊，因此減少影像感測器之靈敏度。
依據一第一實施樣態，提供一種影像感測器。影像感測器包含一光感測元件，用於接收紅外線(IR)輻射及偵測紅外線輻射並產生一代表紅外線輻射之電氣信號。一重新分配層(RDL)係配置在光感測元件之下，重新分配層包含一具有複數導體之圖案，用於接收電氣信號。一紅外線反射層係配置於光感測元件與重新分配層之間，該紅外線反射層反射紅外線輻射之一反射部分回到光感測元件，以使紅外線輻射之反射部分不會碰到重新分配層。
依據另一實施樣態，提供一種影像感測器。影像感測器包含一光 感測元件，用於接收紅外線(IR)輻射及偵測紅外線輻射並產生一代表紅外線輻射之電氣信號。一重新分配層(RDL)係配置在光感測元件之下，重新分配層包含一具有複數導體之圖案，用於接收電氣信號。一紅外線吸收層係配置於光感測元件與重新分配層之間，紅外線吸收層吸收紅外線輻射以使紅外線輻射之一主體部分不會碰到重新分配層。
依據另一實施樣態，提供一種影像感測器。影像感測器包含一光感測元件，用於接收紅外線(IR)輻射及偵測紅外線輻射並產生一代表紅外線輻射之電氣信號。一重新分配層(RDL)係配置在光感測元件之下，重新分配層包含一具有複數導體之圖案，用於接收電氣信號。一絕緣層係配置於光感測元件與重新分配層之間，絕緣層適合於吸收紅外線輻射，以使紅外線輻射之一主體部分不會碰到重新分配層。
依據另一實施樣態，提供一種影像感測器。影像感測器包含一光感測元件，用於接收紅外線(IR)輻射及偵測紅外線輻射並產生一代表紅外線輻射之電氣信號。一重新分配層(RDL)係配置在光感測元件之下，重新分配層包含一具有複數導體之圖案，用於接收電氣信號。一紅外線阻障層係配置於光感測元件與重新分配層之間，該紅外線阻障層避免紅外線輻射碰到重新分配層。
10、110、120、200、300、400、500、600‧‧‧影像感測器
12‧‧‧光敏感測層
14‧‧‧彩色濾光片
16‧‧‧畫素透鏡
18‧‧‧絕緣層
20‧‧‧重新分配層(RDL)
22‧‧‧絕緣保護層
24‧‧‧輸入/輸出(I/O)焊墊
26‧‧‧窗孔/開口
28‧‧‧輻射/光
30‧‧‧反射部分
31‧‧‧紅外光
33‧‧‧紅外光
40、42‧‧‧黑色光阻(BPR)層
212‧‧‧感測層
230‧‧‧反射部分
240‧‧‧BPR層或薄膜
250‧‧‧反射層
412‧‧‧感測層
450‧‧‧紅外線吸收層
540‧‧‧BPR層或薄膜
612‧‧‧感測層
620‧‧‧重新分配層
622‧‧‧保護層
640‧‧‧BPR層或薄膜
650‧‧‧絕緣層
圖1包含一影像感測器之概要剖面圖例，其顯示紅外線輻射之反射，這可導致不被期望的鬼影的產生。
圖2A包含一清晰影像，亦即，一對照影像，其中沒有形成鬼影。
圖2B包含一影像，其中形成一鬼影。
圖3包含一種可產生影像感測器之重新分配層之鬼影之影像感測器之概要剖面圖例。
圖4包含可產生影像感測器之重新分配層之鬼影之另一種影像感測器之概要剖面圖例。
圖5包含依據某些示範實施例之一種包含一紅外線反射層之影像感測器之概要剖面圖。
圖6包含依據某些示範實施例之包含一紅外線反射層之另一影像感測器之概要剖面圖。
圖7包含一表格，其提供關於說明於此之示範實施例之例子，於其中介電材料之多重透明性子層達成建設性反射。
圖8包含一圖，其顯示關於定義於圖7之表格之多層介電材料構造之隨著波長變化之反射百分比之分佈圖。
圖9包含一圖，其顯示關於具有125.96 nm之厚度之單一層之鋁之隨著波長變化之反射百分比之分佈圖。
圖10包含一圖，其顯示關於具有64.72 nm之厚度之單一層之鉻之隨著波長變化之反射百分比之分佈圖。
圖11包含依據某些示範實施例之包含紅外線吸收層之影像感測器裝置之概要剖面圖。
圖12包含依據某些示範實施例之包含紅外線吸收層之另一影像感測器裝置之概要剖面圖。
圖13包含一圖，其顯示依據某些示範實施例之關於具有鉻-SiO2-鉻夾層構造之金屬-介電材料-金屬夾層吸收層的吸收率(%)對波長。
圖14包含一圖，其顯示依據某些示範實施例之關於具有鎳-SiO2-鎳夾層構造之金屬-介電材料-金屬夾層吸收層之吸收率(%)對波長。
圖15包含一圖，其顯示關於具有16.85 nm之厚度之單一層之鉻之隨著波長變化之吸收百分比之分佈圖。
圖16包含一圖，其顯示關於具有11.85 nm之厚度之單一層之鎳之隨著波長變化之吸收百分比之分佈圖。
圖17包含依據某些示範實施例之具有大幅地吸收紅外光之多功能絕緣層之影像感測器之概要剖面圖。
圖18A至18C係為影像，其顯示使用於降低或消除鬼影(特別是影像感測器之重新分配層之鬼影)之示範實施例之方法之結果。具體言之，圖18A係為不用紅外線阻障層而產生之影像。圖18B係為顯示依據某些示範實施例之添加一紅外線反射阻障層在重新分配層與感測層之間之效果之影像。圖18C係為顯示依據某些示範實施例之添加一紅外線吸收阻障層在重新分配層與感測層之間 之效果之影像。
上述及其他特徵與優點將可從顯示於附圖之較佳實施例之更特定的說明而清楚理解到，其中遍及不同視圖之類似參考符號表示相同的構件。圖式未必依據比例繪製，而是在闡明較佳實施例之原理之時被配置以提供強調。在附圖中，這些層、區域及特徵之尺寸及厚度可能被誇大以供清楚顯示。
參見圖1，一影像感測器10可由多重層所組成，這些層可包含一光敏感測層12，其可包含光偵測器，且其偵測可見光及紅外光並產生代表光屬性(例如偵測光之強度)之電氣信號並輸出電氣信號。進入感測層12之光通過一窗孔26，窗孔26係由形成於感測層12上之一層的畫素透鏡16及一層的彩色濾光片14所定義。彩色濾光片14可包含配置成各種圖案(例如習知之貝爾(Bayer)圖案)之RGB(紅色、綠色及藍色)濾光片。它們另外可包含全色濾光片，亦即，清晰的濾光片。
一絕緣層18係形成在感測層12之下。一重新分配層(RDL)20係形成在絕緣層18之下，重新分配層20包含一種導電線路圖案，用於視需要傳導電氣信號，例如由感測層12產生之電氣信號。一絕緣保護層22可被形成在重新分配層20之下及之內，以保護導電層線路免於外部環境干涉，以避免在重新分配層20中之不被期望的開路或短路，其可能由暴露至外部環境所導致，並可能使得影像感測器10不能操作。以導電焊料凸塊之型式顯示於圖1之一種導電輸入/輸出(I/O)焊墊24之圖案係形成於保護層22中與重新分配層20電氣接觸，而適當地在外部環境與重新分配層20中之此導電線路圖案之間產生電氣接觸。重新分配層20係一圖案化之金屬層之線路，其可將從影像感測器10內部之各種位置至外部I/O焊墊24之電氣接合予以致能。重新分配層20對於影像感測器10之內部元件至外部元件之電氣連結是重要的。
如圖1所示，包含紅外光及特別是近紅外光之光28經由窗孔26中之透鏡16及濾光片14進入影像感測器10之感測層12，於此其由感測層12中之光偵測器感測。因為紅外光具有相當長的波長，所以其可運行更深地通過感測層12。因此，紅外光可到達重新分配層20，且被反射回到感測層12中，如圖1之紅外光28之反射部分30所示。然後，紅外光28之反射部分30被感 測層12偵測，其接著產生重新分配層20之一鬼影。此外，紅外光亦可經由背面進入影像感測器10，可穿過保護層22，重新分配層20及絕緣層18而進入感測層12，因而可更進一步幫助一鬼影之產生。
圖2A及2B包含顯示可結合圖1形成如上所述之鬼影之影像。圖2A包含一清晰影像，亦即，一對照影像，於其中沒有鬼影形成。圖2B包含形成一鬼影之影像。如圖2B可清楚地看到的，顯示其導電線路及焊墊之重新分配層20之一影像係在被觀看的區域之清晰影像之內產生。亦即，紅外光28之反射部分30攜帶關於重新分配層20之形狀之資訊，並添加那資訊至使用於產生圖2B之影像之資訊。如上所述，此種結果是高度地不被期望的，因為其降低影像感測器10之靈敏度，並降低由影像感測器10產生之影像之品質。吾人可注意到，在圖2A及2B中之影像係由操作於λ=900~1200nm(如示範圖例)之波長範圍之影像感測器10產生。吾人可注意到，其他波長範圍是可能，且落在本揭露內容之範疇之內。
用於降低鬼影之可能方法係顯示於圖3及4，其分別是影像感測器110及120之概要剖面圖例。影像感測器110及120之各種元件係與結合圖1詳細說明於上之影像感測器10之對應元件相同。這些類似元件係由類似參考數字表示。這些類似元件之詳細說明將不會被重複。
參見圖3及圖4，影像感測器110及120分別地包含一層或塗層之黑色光阻(BPR)40及42，其分別地被塗敷至它們的頂側及/或底側。具體言之，圖3之影像感測器110包含一個被塗敷至其頂側之BPR層40，而圖4之影像感測器120包含一個被塗敷至其底側之BPR層42。BPR層40及42對於紅外線輻射是不透明的，因此碰到BPR之任何紅外線輻射並不會穿過。然而，參見圖3，縱使BPR40被塗敷至影像感測器110之頂側並中止紅外光31貫穿到達重新分配層20，露出裝置之主動區域之窗孔26必須維持暢通，以允許輻射/光28穿過至待偵測之感測層12。因此，無法完全避免紅外光從重新分配層20反射以產生輻射/光之反射部分30，其導致鬼影之產生。
參見圖4，BPR層42係形成於影像感測器120之背面或底側上。吾人應注意到，理想上，BPR42於裝置之背面上可以是沒有覆蓋焊球或焊墊24，以使至裝置之電氣連接不會被BPR42妨礙。如圖4所示，存在關於輻射/光之反 射部分30之相同情況，亦即，部分30係從重新分配層20被反射回到感測層12中，以使鬼影產生。然而，在影像感測器120之背面上之BPR層42避免紅外光33貫穿入裝置中。因此，紅外光33並不導致鬼影。
依據示範實施例，為避免由來自重新分配層之紅外光之反射所導致的鬼影，一紅外線阻障層係配置於感測層與重新分配層之間。依據某些示範實施例，紅外線阻障層係為一紅外線反射層，而於某些示範實施例中，紅外線阻障層係為一紅外線吸收層。圖5及6分別地包含依據某些示範實施例之影像感測器裝置200及300(包含紅外線反射層)之概要剖面圖。參見圖5及6，影像感測器200及300之各種元件相同於分別結合圖1、3及4說明於上之影像感測器10、110及120之對應元件。這些類似元件係由類似參考數字表示。這些類似元件之詳細說明將不會被重複。
參見圖5，一影像感測器200包含一位於絕緣層18上方之附加紅外線反射層250。紅外線反射層250反射穿過感測層212之紅外光28以產生紅外光之一反射部分230。紅外光之反射部分230經由感測層212(其於此被偵測)傳遞回，因而對由影像感測器200產生之影像起作用。然而，因為紅外光28係在其到達重新分配層20之前由紅外線反射層250反射回，所以包含導電線路、焊墊等之重新分配層20之一鬼影(如圖2B所示)並未產生，因此並不影響由影像感測器200產生之影像。亦即，縱使紅外光之反射部分230被添加至由影像感測器200產生之影像且因而確實產生以附加紅外光偵測之型式存在之某些雜訊，所以重新分配層20之一鬼影並未形成，且並不會變成由影像感測器200產生之最終影像之一部分。
如圖5所示，影像感測器200亦可包含被塗敷至其背面之BPR層或薄膜42。BPR層或薄膜42阻擋(亦即，吸收)入射於影像感測器200之背面上之紅外光33，從而避免紅外光33導入雜訊且因此退化由影像感測器200產生之影像。
參見圖6，其顯示依據示範實施例之另一影像感測器300。影像感測器300相同於結合圖5說明於上之影像感測器200，例外的是影像感測器300包含一BPR層或薄膜240，其被塗敷至影像感測器300之前或頂側，而非背面或底側。於本實施例中，入射於裝置之非主動區域中之影像感測器300之上 或前表面上之紅外光31係被阻擋(亦即，被吸收)，以使其不會進入感測層212，因而不會導入雜訊或退化由影像感測器300產生之影像。
在圖6之影像感測器300中，BPR層或薄膜240必須於窗孔26維持開啟，以使紅外光28可進入感測層212且被偵測。某些紅外光28完全穿過感測層212且被紅外線反射層250反射回到感測層212中，以使其被感測層212偵測，且因而被包含於由影像感測器300所產生之影像中，從而導入某些雜訊及影像退化。然而，再一次，因為紅外光28並未到達重新分配層20，所以沒有形成重新分配層20鬼影，因而消除大量的雜訊及影像退化。
吾人將注意到，顯示於圖5及6之影像感測器200及300之實施例包含BPR層或薄膜，其分別地形成於它們的背/底及前/頂側上。吾人將理解到，在本揭露內容之範疇之內，影像感測器200及300之任一個可包含一BPR層或薄膜，其位於其背/底側、其前/頂側或其背/底側及其前/頂側，或既非其背/底也非其前/頂側。
依據示範實施例，紅外線反射層250可以是單一層或可由多重層或子層所組成。紅外線反射層250之這些各種配置係詳細說明於下。在圖5及6中，所顯示的紅外線反射層250包含水平虛線，以顯示可選擇的多子層配置。吾人將理解到，三層係由虛線顯示，以便提供清晰及完整的說明，且僅有供示範目的用。在本揭露內容之範疇之內，無論多少子層都可被使用。
如上所述，依據示範實施例，紅外線反射層250可以採用數種可能配置之任一種。舉例而言，於某些示範實施例中，反射層250使用建設性反射，以使用多重的透明性子層達成幾乎全反射。於某些示範實施例中，使用單一層的反射金屬當作反射層250。單一反射金屬層一般而言並不會達到像具有多重透明性子層之配置一樣高的反射水平；然而，單一反射金屬層一般而言是比多重的透明性子層來的薄。
於具有介電材料的多重透明性子層之本實施例中，建設性反射表示使用多重層以達成一高反射度。一般而言有兩個因子對反射水平之增加起作用。
首先，於兩個介電材料之間之一單純介面，反射光之振幅係為兩種材料之折射率之比率、入射光之極化及入射角度之函數。舉例而言，於正交 入射，亦即，入射光垂直於介面，當作入射光之比率之反射光之相對振幅係由(1-p)/(1+p)而得到，於此p=n1/n2，且強度係為此種運算式之平方，亦即，((n2-n1)/(n2+n1))2，其中n1及n2係分別為第一與第二介電材料之折射率。因此，在材料之折射率之間之差異越大，反射就越大。舉例而言，關於空氣/玻璃介面，n1=1(空氣)，而n2=1.5(玻璃)，所以反射光之強度係為入射光之4%。多重子層之介電材料將導入多重介面。因此，反射之數量將隨附加層增加。
其次，這些層之厚度可能被選擇，俾能經由建設性干涉而增強反射光。這可經由使用一種強化反射之干涉塗層而達成。反射干涉是更通常知道的抗反射干涉的相反手段，於此這些層之厚度係被選擇成能使反射光將破壞性干涉而彼此消除，因為它們是剛好是不同相。在反射干涉中，這些層之厚度係被選擇成能使反射光將建設性干涉並彼此增強，因為它們是同相位。
圖7包含一表格，其提供關於上述示範實施例之例子，於其中多重的透明性子層之介電材料達成建設性反射。參見圖7之表格，兩組參數係***控以使紅外線反射最大化。關於利用具有適當折射率之多重介面之介電材料之第一因子，SiO2(n=1.455)及TiO2(n=2.37)係配置成一交替形式，以形成一個具有19個子層之紅外線反射層。關於選擇特定厚度以增強反射干涉之第二因子，每個層之厚度(奈米(nm))係被包含於圖7之表格中。參見定義於圖7之表格中之特定示範實施例，因為這些層之材料與數量及厚度之選擇結果，關於具有在900及1200 nm之間之波長之紅外光，98%之全反射係利用此種多疊層結構而達成。吾人將理解到，藉由選擇這些層之不同材料及數量與厚度，可實現不同的反射。
圖8包含一圖，其顯示關於定義於圖7之表格之多層介電材料構造之反射百分比隨著波長變化之分佈圖。如圖8所示，遍及整個900-1200 nm光譜範圍所達到之反射幾乎是100%。
如上所述，於其他示範實施例中，使用單一層的反射金屬當作紅外線反射層。當使用單一層之金屬材料時，紅外線反射層可能被製得比多層介電材料構造來得薄。然而，反射性能並非如多層介電材料方法一樣良好。再者，增加金屬層之厚度將不會增加反射超過某個值點。
於某些特定的示範實施例中，當使用單一層之譬如鋁時，當此層 之厚度是126 nm時，紅外線(波長範圍是900-1200 nm)之反射將被定上限於89%。126 nm以上之厚度將不會更進一步增加反射。如果此層之厚度少於126 nm，則反射將減少。圖9包含一圖，其顯示關於具有125.96 nm之厚度之單一層之鋁之反射百分比隨著波長變化之分佈圖。參見圖9，吾人可輕易地觀察到反射性能並非如多層介電材料構造一樣良好，雖然鋁紅外線反射層相對較薄。
關於另一例子，當使用單一層之鉻時，紅外線反射於65 nm之厚度將被定上限於60%。65 nm以上之厚度將不會增加反射。如果厚度少於65 nm，則反射將減少。圖10包含一圖，其顯示關於具有64.72 nm之厚度之單一層之鉻之反射百分比隨著波長變化之分佈圖。參見圖10，顯而易見的是，雖然鉻紅外線反射層是這三個例子中最薄的，但是反射性能並非如多層介電材料構造或單一層之鋁一樣良好。
除鋁及鉻以外之其他金屬可被使用於單一金屬層配置中。舉例而言，可被使用之其他金屬包含但未受限於金、銀、銅等。
依據示範實施例，一般而言期望較薄紅外線反射層，因為其導致較薄影像感測器。這導致在達成高水平之紅外線反射與影像感測器之厚度可被減少之程度之間之折衷。
如上所述，依據示範實施例，為避免由來自重新分配層之紅外光之反射所導致的鬼影，一紅外線阻障係配置於感測層與重新分配層之間。依據上述某些示範實施例，紅外線阻障層係為一紅外線反射層。於某些示範實施例中，紅外線阻障層係為一紅外線吸收層。
圖11及12分別地包含依據某些示範實施例之影像感測器裝置400及500(包含紅外線吸收層)之概要剖面圖。參見圖11及12，影像感測器400及500之各種元件係相同於分別結合圖1、3、4、5及6說明於上之影像感測器10、110、120、200及300的對應元件。這些類似元件係由類似參考數字表示。這些類似元件之詳細說明將不會被重複。
參見圖11，一影像感測器400包含一個位於絕緣層18上方之附加紅外線吸收層450。紅外線吸收層450吸收穿過感測層412之紅外光28，以使沒有紅外光經由感測層412被傳遞回。因此，沒有鬼影產生。
如圖11所示，影像感測器400亦可包含被塗敷至其背面之BPR 層或薄膜42。BPR層或薄膜42阻擋(亦即，吸收)入射於影像感測器400之背面上之紅外光33，從而避免紅外光33導入雜訊，因而退化由影像感測器400產生之影像。
參見圖12，其顯示依據示範實施例之另一影像感測器500。影像感測器500相同於分別結合圖11說明於上之影像感測器400的對應元件，例外的是影像感測器500包含一BPR層或薄膜540，其被塗敷至影像感測器500之前或頂側，而非背面或底側。於本實施例中，在裝置之非主動區域中入射於影像感測器500之上或前表面上之紅外光31係被阻擋(亦即，被吸收)，以使其不會進入感測層412，從而不會導入雜訊或退化由影像感測器500產生之影像。於圖12之影像感測器500中，BPR層或薄膜540必須於窗孔26維持開啟，以使紅外光28可進入感測層412及被偵測。然而，紅外線吸收層450吸收穿過感測層412之紅外光28，以使沒有紅外光經由感測層412被傳遞回。因此，沒有鬼影產生。
吾人將注意到，顯示於圖11及12之影像感測器400及500之實施例包含BPR層或薄膜，其分別地形成於它們的背/下及前/頂側上。吾人將理解到，在本揭露內容之範疇內，影像感測器400及500之任一個可包含一BPR層或薄膜，其位於其背/底側、其前/頂側或其背/底側及其前/頂側，或既非其背/底也非其前/頂側。
依據示範實施例，紅外線吸收層450可已是單一層或可由多重層或子層所組成。紅外線吸收層450之這些各種配置係詳細說明於下。在圖11及12中，所顯示的紅外線吸收層450包含水平虛線，以顯示可選擇的多子層配置。吾人將理解到，三層係由虛線顯示，以便提供清晰及完整的說明，且僅有供示範目的用。在本揭露內容之範疇之內，無論多少子層都可被使用。
如上所述，依據示範實施例，紅外線吸收層450可以採用數種可能配置之任一種。舉例而言，於某些示範實施例中，吸收層使用共振以使用一種金屬-介電材料-金屬夾層構造來達成幾乎全吸收。於其他示範實施例中，吸收層使用單一層之金屬。於這些實施例中，雖然單一的金屬吸收層較薄，但是所產生之吸收百分比並非如金屬-介電材料-金屬夾層實施例一樣良好。
如上所述，於某些示範實施例中，紅外線吸收層包含複合的金屬 -介電材料-金屬夾層式構造。面對入射紅外光之金屬子層可大幅地比另一金屬層來得厚。到達此複合構造之紅外光在兩個金屬層之間往復地共振，導致其大部分的能量被吸收。選擇兩組參數。第一組參數包含這些型式之金屬及介電材料。第二組參數係為每個子層之厚度。當選擇適當參數時，紅外光將在兩個金屬層之間形成駐波，導致相當的共振及能量吸收。
圖13包含一圖，其顯示依據某些示範實施例之關於一種具有鉻-SiO2-鉻夾層構造之金屬-介電材料-金屬夾層吸收層之吸收率(%)對波長。圖14包含一圖，其顯示依據某些示範實施例之關於一種具有鎳-SiO2-鎳夾層構造之金屬-介電材料-金屬夾層吸收層之吸收率(%)對波長。
參見圖13，每個子層之厚度係顯示在附圖中。如此圖所示，此種吸收層構造在遍及900-1200 nm光譜範圍可吸收99%以上之紅外光。參見圖14，每個子層之厚度係顯示在附圖中。如此圖所示，此種吸收層構造在遍及900-1200 nm光譜範圍可能吸收96%以上的紅外光。
如上所述，於某些示範實施例中，紅外線吸收層包含單一層之金屬。於這些實施例中，紅外線吸收層可被製造得相對較薄。然而，紅外線吸收性能並非如詳細說明於上之夾層複合構造方法一樣良好。又，增加金屬層之厚度將不會增加紅外線吸收超過某個點。
於某些特定的示範實施例中，當使用單一層之譬如鉻時，當此層之厚度是17 nm時，紅外線(波長範圍是900-1200 nm)吸收將被定上限於40%。17 nm以上之厚度將不會更進一步增加吸收。於某些特定的示範實施例中，當使用單一層之譬如鎳時，當此層之厚度是12 nm時，紅外線(波長範圍是900-1200 nm)之吸收將被定上限於36.5-37.5%。12 nm以上之厚度將不會更進一步增加吸收。
圖15包含一圖，其顯示關於具有16.85 nm之厚度之單一層之鉻之吸收百分比隨著波長變化之分佈圖。圖16包含一圖，其顯示關於具有11.85 nm之厚度之單一層之鎳之吸收百分比隨著波長變化之分佈圖。參見圖15及16，很明顯地，遍及光譜範圍之鉻之吸收分佈圖係比鎳更平均。又，雖然金屬層相對較薄，但可輕易觀察到吸收性能並非如夾層複合構造一樣良好。
依據示範實施例，除了夾層複合構造與單一金屬層構造以外，紅 外線吸收層亦可被形成以具有其他構造。舉例而言，於某些示範實施例中，某些夾層式複合紅外線吸收層並未使用金屬-介電材料-金屬配置。這些之例子包含SiO2-Cr2O3-SiO2、SiO2-TaN-SiO2、Cr-CrOx-CrOxNy等。又，依據某些示範實施例，有兩個子層型式複合紅外線吸收層，而非上述之三個子層型式複合紅外線吸收層。這兩個子層型式複合紅外線吸收層之例子包含Si3N4-TaN、SiC-SiO2等。又，依據某些示範實施例，某些單一層非複合紅外線吸收層並未使用金屬。這些之例子包含Cr2O3、CrSiO、NixOy、碳黑、黑色無機材料等。
至此，依據說明於此之示範實施例，一紅外線吸收層或一紅外線反射層係被包含於一影像感測器之構造中。依據其他示範實施例，一絕緣層係被配置於重新分配層上方，如於以前所說明之示範實施例。然而，於本示範實施例中，絕緣層所形成之材料係被選擇成使其大幅地吸收紅外光。因此，絕緣層是多功能的，且不需個別的絕緣層及吸收層。
圖17包含依據某些示範實施例之一個具有一個大幅吸收紅外光之多功能絕緣層650之影像感測器600之概要剖面圖。參見圖17，影像感測器600之各種元件係相同於詳細說明於上之各種影像感測器之對應元件。這些類似元件係由類似參考數字表示。這些類似元件之詳細說明將不會被重複。
參見圖17，一影像感測器600包含一絕緣層650，其形成於一重新分配層620上方，重新分配層620係形成於一保護層622上方。絕緣層650係由一種大幅地吸收紅外線之材料所構成。因此，經由窗孔或開口26進入感測層612之紅外光係被偵測並使用於產生一影像。然而，到達絕緣層650之任何紅外光係被絕緣層650吸收，以使沒有紅外光經由感測層612被傳遞回。因此，沒有鬼影產生。作為一絕緣層，層650提供一電荷絕緣功能。作為一紅外線吸收層，層650大幅地吸收紅外線以減少或避免重新分配層620之鬼影。
於某些示範實施例中，影像感測器600亦包含一BPR層或薄膜640，其被塗敷至影像感測器600之前或頂側。於本實施例中，於裝置之非主動區域中入射於影像感測器600之上或前表面上之紅外光31係被阻擋(亦即，被吸收)，以使其不會進入感測層612，因而不會導入雜訊或退化由影像感測器600產生之影像。於圖12之影像感測器600中，BPR層或薄膜640必須於窗孔26維持開啟，以使紅外光28可進入感測層612及被偵測。吾人將理解到，在本揭 露內容之範疇之內，影像感測器600可包含一BPR層或薄膜，其位於其背/底側、其前/頂側或其背/底側及其前/頂側，或既非其背/底也非其前/頂側。
於某些示範實施例中，絕緣層650可包含一有機物，例如一種吸收有機化合物之近紅外光。此種絕緣層材料一般而言是有機，而非無機。相較於說明於此之可包含至少雙層之其他實施例，多功能絕緣層之優點係為其可具有單純的單層構造。因此，圖17之整體感測器構造可以是較簡單及且較容易被製造。
一般而言，這種吸收有機化合物之近紅外光係為發色團(chromophores)，其π電子係沿著一共軛鏈有效地被離域。例子包含例如芮(rylene)及其衍生物之多烯發色團，例如部花青素(merocyanine)、花青素及半花菁染料(hemicyanine dyes)之聚發色團，及例如四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene)-σ-四氰(tetracyano)-p-二甲烷(quinodimethane)、一D-σ-A化合物及其衍生物之包含施體-受體(D-A)發色團之近紅外光有機化合物。D-A發色團之其他例子包含D-π-A-π-D型式、D-A-D型式系統之化合物等。近紅外光吸收材料之又其他例子係為揭露於美國專利6,775,059(於此全部併入作參考)之化合物。
圖18A-18C係為顯示用於降低或消除鬼影(詳細而言是一影像感測器之重新分配層之鬼影)之示範實施例之方法之結果之影像。這些方法包含形成一紅外線反射阻障層於重新分配層與感測層之間，以及形成一紅外線吸收阻障層於重新分配層與感測層之間。圖18A係為不用紅外線阻障層所產生之影像。如圖18A所示，形成重新分配層之一鬼影，顯示其導電線路及焊墊。圖18B係為顯示添加一紅外線反射阻障層在重新分配層與感測層之間之效果之影像，例如結合圖5及6顯示並說明於上之實施例。如圖18B所示，重新分配層之影像被消除。然而，此種方法可能導致感測層被反射紅外線充滿。圖18C係為顯示添加一紅外線吸收阻障層在重新分配層與感測層之間之效果之影像，例如結合圖11、12及17顯示並說明於上之實施例。如圖18C所示，重新分配層之影像被消除。又，藉由與圖18B作比較，吾人可注意到當使用一紅外線吸收阻障層時，感測層之充滿(flooding)被消除，如由圖18C之影像之相對黑暗所證明。
一般而言，紅外線反射層傾向於導致比紅外線吸收層更多紅外線到達感測層。於相當強大的照明環境中，紅外線反射層可能導致感測器被紅外線充滿，因此可能地負面地衝擊其他波長之偵測，例如可見光範圍之那些波長。然而，於具有很少可見光及大量依賴紅外線以供偵測之環境中，紅外線反射層將具有比紅外線吸收層較佳之偵測靈敏度，因為更多紅外線將到達感測層。這種之一例子可能是一夜視產品，其打算為一漆黑環境所使用。
吾人應注意到，在可見光的及紅外光對於偵測而言是重要之環境下，紅外線吸收層可能是一種較佳方法，因為感測器將不會像紅外線反射層一樣被紅外線充滿。吾人亦應注意到，依據示範實施例，紅外線反射與紅外線吸收可能在同一感測器產品之內被實施，用以較佳地避免紅外線到達重新分配層。
雖然本發明的概念已參考其示範實施例被詳細地顯示及說明，但是熟習本項技藝者將理解到，在不背離由以下申請專利範圍所定義之本發明概念之精神與範疇之下，可能作出各種型式及細節的改變。
12‧‧‧光敏感測層
14‧‧‧彩色濾光片
18‧‧‧絕緣層
20‧‧‧重新分配層(RDL)
22‧‧‧絕緣保護層
24‧‧‧輸入/輸出(I/O)焊墊
26‧‧‧窗孔/開口
28‧‧‧輻射/光
30‧‧‧反射部分
31‧‧‧紅外光
40‧‧‧黑色光阻(BPR)層
110‧‧‧影像感測器

Claims (46)

  1. 一種影像感測器，包含：一光感測元件，用於接收紅外線(IR)輻射及偵測該紅外線輻射並產生一代表該紅外線輻射之電氣信號；一重新分配層(RDL)，在該光感測元件之下，該重新分配層包含一具有複數導體之圖案，用於接收該電氣信號；以及一紅外線反射層，位在該光感測元件與該重新分配層之間，該紅外線反射層反射該紅外線輻射之一反射部分回到該光感測元件，以使該紅外線輻射之該反射部分不會碰到該重新分配層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該紅外線反射層包含多層之不同的透明性材料。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中該紅外線反射層包含多個兩種不同材料交替之層。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之影像感測器，其中該兩種不同材料包含TiO2及SiO2之至少一者。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中該多層之不同的透明性材料具有不同的折射率。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中該多層之不同的透明性材料具有不同的厚度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該紅外線反射層包含一層金屬。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像感測器，其中該層金屬包含鋁、鉻、金、銀以及銅之其中一個。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，更包含在該光感測元件上面之一 層黑色光阻，用於吸收輻射。
  10. 申請專利範圍第9項所述之影像感測器，其中該層黑色光阻覆蓋該光感測層之一非主動區域。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，更包含在該光感測元件之下之一層黑色光阻，用於吸收輻射。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中該紅外線輻射係在900-1200nm之一近紅外光(NIR)波長範圍中。
  13. 一種影像感測器，包含：一光感測元件，用於接收紅外線(IR)輻射及偵測該紅外線輻射並產生一代表該紅外線輻射之電氣信號；一重新分配層(RDL)，在該光感測元件之下，該重新分配層包含一具有複數導體之圖案，用於接收該電氣信號；以及一紅外線吸收層，位在該光感測元件與該重新分配層之間，該紅外線吸收層吸收該紅外線輻射以使該紅外線輻射之一主體部分不會碰到該重新分配層。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測器，其中該紅外線吸收層包含多層之不同材料。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測器，其中該紅外線吸收層包含在一複合的金屬-介電材料-金屬夾層構造中之多層之材料，該複合的金屬-介電材料-金屬夾層構造包含一在第一與第二金屬層之間的介電層。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之影像感測器，其中該第一與第二金屬層具有不同的厚度。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之影像感測器，其中該紅外線輻射穿過該第一金屬層，並利用在該第一金屬層及該第二金屬層之間的共振形成一駐波。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之影像感測器，其中該些金屬層及介電層之參 數係被選擇成能在該紅外線輻射穿過該第一金屬層時，使該紅外線輻射利用在該第一金屬層與該第二金屬層之間的共振形成一駐波。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之影像感測器，其中所選擇的該些參數包含該第一金屬層之材料型式、該第二金屬層之材料型式、該介電層之材料型式、該第一金屬層之厚度、該第二金屬層之厚度以及該介電層之厚度之至少一者。
  20. 如申請專利範圍第15項所述之影像感測器，其中該第一與第二金屬層之至少一者包含鉻及鎳之至少一者。
  21. 如申請專利範圍第15項所述之影像感測器，其中該介電層包含SiO2。
  22. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測器，其中該紅外線吸收層包含單一金屬層。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之影像感測器，其中該單一金屬層包含鉻及鎳之至少一者。
  24. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測器，其中該紅外線吸收層包含一複合的三層構造。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之影像感測器，其中該複合的三層構造係為一SiO2-Cr2O3-SiO2三層構造、一SiO2-TaN-SiO2三層構造以及一Cr-CrOx-CrOxNy三層構造之至少一者。
  26. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測器，其中該紅外線吸收層包含一複合的雙層構造。
  27. 如申請專利範圍第26項所述之影像感測器，其中該複合的雙層構造係為一Si3N4-TaN雙層構造以及一SiC-SiO2雙層構造之至少一者。
  28. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測器，其中該紅外線吸收層包含單一的非金屬層。
  29. 如申請專利範圍第28項所述之影像感測器，其中該單一的非金屬層包含Cr2O3、CrSiO、NixOy、碳黑以及黑色無機材料之至少一者。
  30. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測器，更包含在該光感測元件上面之一層黑色光阻，用於吸收輻射。
  31. 如申請專利範圍第30項所述之影像感測器，其中該層黑色光阻覆蓋該光感測層之一非主動區域。
  32. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測器，更包含在該光感測元件之下之一層黑色光阻，用於吸收輻射。
  33. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測器，其中該紅外線輻射係在900-1200 nm之一近紅外光(NIR)波長範圍中。
  34. 一種影像感測器，包含：一光感測元件，用於接收紅外線(IR)輻射及偵測該紅外線輻射並產生一代表該紅外線輻射之電氣信號；一重新分配層(RDL)，在該光感測元件之下，該重新分配層包含一具有複數導體之圖案，用於接收該電氣信號；以及一絕緣層，在該光感測元件與該重新分配層之間，該絕緣層係適合於吸收該紅外線輻射以使該紅外線輻射之一主體部分不會碰到該重新分配層。
  35. 如申請專利範圍第34項所述之影像感測器，其中該絕緣層係適合於提供在該重新分配層之該些導體之間的電氣絕緣。
  36. 如申請專利範圍第34項所述之影像感測器，其中該絕緣層包含一有機物。
  37. 如申請專利範圍第34項所述之影像感測器，其中該絕緣層包含一紅外線吸收有機化合物。
  38. 如申請專利範圍第37項所述之影像感測器，其中該紅外線吸收有機化合物係為一發色團，其π電子係沿著一共軛鏈而有效地被離域。
  39. 如申請專利範圍第37項所述之影像感測器，其中該紅外線吸收有機化合物係為一多烯發色團、一聚發色團以及一包含施體-受體(D-A)發色團之近紅外光有機化合物之至少一者。
  40. 如申請專利範圍第39項所述之影像感測器，其中該多烯發色團係為芮(rylene)及其衍生物之其中一個。
  41. 如申請專利範圍第39項所述之影像感測器，其中該聚發色團係為部花青素(merocyanine)、花青素以及半花菁染料(hemicyanine dyes)之其中一個。
  42. 如申請專利範圍第39項所述之影像感測器，其中包含施體-受體(D-A)發色團之該近紅外光有機化合物係為四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene)-σ-四氰(tetracyano)-p-二甲烷(quinodimethane)、一D-σ-A化合物及其衍生物，以及D-π-A-π-D型式與D-A-D型式系統之化合物之至少一者。
  43. 如申請專利範圍第34項所述之影像感測器，更包含在該光感測元件上面之一層黑色光阻，用於吸收輻射。
  44. 如申請專利範圍第43項所述之影像感測器，其中該層黑色光阻覆蓋該光感測層之一非主動區域。
  45. 如申請專利範圍第34項所述之影像感測器，更包含在該光感測元件之下之一層黑色光阻，用於吸收輻射。
  46. 如申請專利範圍第34項所述之影像感測器，其中該紅外線輻射係在900-1200 nm之一近紅外光(NIR)波長範圍中。
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