本發(fā)明涉及一種CIS結構(CMOS Image Sensor)。更具體地來說，本發(fā)明關于一種影像感測裝置、具有反射結構的CIS結構及其形成方法。

背景技術：

隨著光電產品諸如數字相機或具有影像拍攝功能的手機逐漸普及化，影像感測裝置的需求也與日俱增。影像感測裝置用于接收一光學信號并且將前述光學信號轉換成電子信號。在生成及處理電子信號之后，便可產生一數字影像。一般來說，影像感測裝置可分為兩種主要類型：一者為電荷耦合器件(charge－coupled device,CCD)，而另一者為互補式金氧半導體(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)裝置。

影像感測裝置通常包括一像素陣列。每一陣列包括一光電二極管(photodiode)，用以提供對應照射于光傳感器的光強度的一信號。在傳統(tǒng)的技術中，與彩色濾光片陣列(透光結構)連結的微透鏡陣列對應地設置于影像感測裝置的像素陣列上方。彩色濾光片陣列容許像素聚集具有特定波長的光線。

然而，即便使用了微透鏡陣列，大量的入射光線仍未能有效地導入光電二極管，故影像感測裝置的光敏性(photosensitivity)會因而降低。

技術實現要素：

本發(fā)明提供一種影像感測裝置、CIS結構及其形成方法，以解決入射光線不能有效導入二極管使得影像感測裝置的光敏性降低的技術問題。

為了解決前述問題點，本發(fā)明一實施例提供一種CIS結構，包括一透光結構、圍繞前述透光結構的一反射結構、以及設置于前述透光結構的一側的一微透鏡。反射結構包括圍繞透光結構的一第一反射層、圍繞第一反射層的一第二反射層、以及圍繞第二反射層的一第三反射層。第一、第二、第三反射層分別具有折射率N1、N2、N3，其中N1>N2>N3。

本發(fā)明一實施例還提供一種影像感測裝置，包括一第一CIS結構和鄰近第一CIS結構的一第二CIS結構，其中第一CIS結構包括一第一透光結構、圍繞第一透光結構的一反射結構、以及設置于第一透光結構上的一第一微透鏡。反射結構包括圍繞第一透光結構的一第一反射層、圍繞第一反射層的一第二反射層、以及圍繞第二反射層的一第三反射層。第一、第二、第三反射層分別具有折射率N1、N2、N3，其中N1>N2>N3。第二CIS結構包括直接連接至前述反射結構的一第二透光結構和設置于第二透光結構上的一第二微透鏡。

本發(fā)明一實施例還提供一種CIS結構的形成方法，包括形成一第一折射率層；形成一第二折射率層于第一折射率層的上；形成一第三折射率層于第二折射率層之上；蝕刻第三折射率層以形成一容納空間；形成一透光結構于容納空間內；以及設置一微透鏡在透光結構上，其中第三、第二、第一折射率層圍繞透光結構并分別具有折射率N1、N2、N3，且N1>N2>N3。

基于上述技術方案可知，本發(fā)明的技術效果在于：通過具有不同折射率的多層反射結構，當光線穿過微透鏡進入影像感測裝置時，其可被反射且引導至光電二極管，因此可達到高光敏性。

附圖說明

圖1A為表示本發(fā)明一實施例的CIS結構示意圖。

圖1B為表示圖1A所示的CIS結構的仰視圖。

圖2為表示光線如何穿過微透鏡進入CIS結構并抵達光電二極管的示意圖。

圖3A為表示本發(fā)明另一實施例的CIS結構示意圖。

圖3B為表示本發(fā)明另一實施例的CIS結構示意圖。

圖4A為表示本發(fā)明另一實施例的CIS結構示意圖。

圖4B為表示本發(fā)明另一實施例的CIS結構示意圖。

圖5A～5I為表示本發(fā)明一實施例中在基板上形成CIS結構的各步驟剖視圖。

圖6A～6G為表示本發(fā)明另一實施例中在基板上形成CIS結構的各步驟剖視圖。

圖7A～7E為表示本發(fā)明另一實施例中在基板上形成CIS結構的各步驟剖視圖。

圖8A～8G為表示本發(fā)明另一實施例中在基板上形成CIS結構的各步驟剖視圖。

圖9為表示本發(fā)明一實施例的影像感測裝置局部示意圖。

圖10A、10B為表示本發(fā)明一實施例中CIS結構設置于選定的光電二極管上的示意圖。

圖11A、11B為表示本發(fā)明另一實施例中CIS結構設置于選定的光電二極管上的示意圖。

附圖標記說明：

100、100’、100” 微透鏡

100A 第一微透鏡

100B 第二微透鏡

200、200’、200” 透光結構

200A 第一透光結構

200B 第二透光結構

300、300’、300”、300A、300A’ 反射結構

301 第一層交界面

302 第二層交界面

303 第三層交界面

304 上部分

305 下部分

310、310’、310”、310A、310A’ 第一反射層

320、320’、320”、320A、320A’ 第二反射層

330、330’、330”、330A、330A’ 第三反射層

331” 第四反射層

340、340A 第一保護層

350、350A 第二保護層

600 低折射率層(第一折射率層)

610 第一凹槽

700 中折射率層(第二折射率層)

710 第二凹槽

720 第二溝槽

800 高折射率層(第三折射率層)

820 第一溝槽

A 有效區(qū)域

B 基板

C1 第二CIS結構

C2 現有CIS結構

D、D1、D2 寬度

L 光線

M 主透鏡

R 容納空間

S、S’ 光電二極管

具體實施方式

以下說明本發(fā)明實施例的CIS結構。然而，可輕易了解本發(fā)明實施例提供許多合適的發(fā)明概念而可實施于廣泛的各種特定背景。所公開的特定實施例僅僅用于說明以特定方法使用本發(fā)明，并非用以局限本發(fā)明的范圍。

請參閱圖1A和圖1B，本發(fā)明一實施例的CIS結構主要包括一微透鏡100、一透光結構200以及一反射結構300。反射結構300圍繞前述透光結構200，且微透鏡100設置于透光結構200的頂側(圖1A)。

如圖1A、1B所示，反射結構300共有五層，包括一第一反射層310、一第二反射層320、一第三反射層330、一第一保護層340以及一第二保護層350。在本實施例中，第一反射層310圍繞前述透光結構200，第二反射層320圍繞第一反射層310，第三反射層330圍繞第二反射層320，第一保護層340圍繞第三反射層330，且第二保護層350圍繞第一保護層340，以形成一同心結構。當光線進入CIS結構，穿過微透鏡100至透光結構200時，第一、第二、第三反射層310、320、330可用于反射及限制光線于透光結構200內，因此光電二極管接收的能量可提升。此外，第一、第二保 護層340、350可用于避免外部光線經由反射結構300侵入透光結構200，因此光干擾(light cross-talk)可減少。

特別的是，第一、第二、第三反射層310、320、330分別具有折射率N1、N2、N3，且N1>N2>N3。在本實施例中，透光結構200的折射率大于第一反射層310的折射率N1。第一反射層310和第二保護層350可使用相同材料并在相同制造步驟中形成。同樣的，第二反射層320和第一保護層340可使用相同材料并在相同制造步驟中形成。

如圖2所示，前述CIS結構可被設置于具有光電二極管S的基板B上。當光線L穿過微透鏡100進入CIS結構時，其可被反射結構300在透光結構200和第一反射層310之間的第一層交界面301、第一反射層310和第二反射層320之間的第二層交界面302、以及第二反射層320和第三反射層330之間的第三層交界面303所反射。應注意的是，具有多個層交界面的CIS結構相較于具有單一層交界面的CIS結構可將光線反射較多次，故透光結構200可捕捉較多能量。此外，由于透光結構200的折射率大于第一、第二、第三反射層310、320、330的折射率N1、N2、N3(N1>N2>N3)，故絕大多數的光線L可被反射至光電二極管S。因此，光線的損失將減少，并可達到高光敏性。

在本實施例中，透光結構200可包括一彩色濾光片(color filter)或一干凈濾光片(clear filter)。第一、第二、第三反射層310、320、330和第一、第二保護層340、350可包含聚氧化乙烯(polyethylene oxide,PEOX)。折射率N1可介于1.44～1.50(例如1.46)，折射率N2可介于1.30～1.43(例如1.41)，而折射率N3可介于1.10～1.29(例如1.21)。

請參閱圖3A，在另一實施例中，第三反射層330埋設于反射結構300的上部分304，且前述上部分304鄰近微透鏡100。第一反射層310和第二保護層350具有折射率N1，第二反射層320和第一保護層340具有折射率N2，第三反射層330具有折射率N3，且N1>N2>N3。請參閱圖3B，在另一實施例中，第三反射層330埋設于反射結構300的下部分305，且前述下部分305鄰近基板B。同樣的，第一反射層310和第二保護層350具有折射率N1，第二反射層320和第一保護層340具有折射率N2，第三反射層330具有折射率N3，且N1>N2>N3。

于圖2所示的CIS結構相較于圖3A、3B所示的CIS結構在減低光干擾和提升能量方面具有較佳的效果。然而，圖3A、3B所示的CIS結構可通過簡化的工藝形成，且與現有的CIS結構相比仍具有較佳的效果。此外，第三反射層330的位置可根據光線L進入透光結構200的入射角而選擇。

反射結構在水平方向可具有三層或多于三層的反射層，且具有較多反射層的反射結構比起具有較少反射層的反射結構會具有較佳的效能。請參閱圖4A，在另一實施例中，CIS結構包括一微透鏡100’、一透光結構200’、以及一反射結構300’。微透鏡100’設置于透光結構200’的一側，而反射結構300’圍繞透光結構200’。反射結構300’具有三層反射層，包括圍繞透光結構200’的一第一反射層310’、圍繞第一反射層310’的一第二反射層320’、以及圍繞第二反射層320’的一第三反射層330’。第一、第二、第三反射層310’、320’、330’分別具有折射率N1、N2、N3，且N1>N2>N3。如圖4A所示，本實施例中的CIS結構可反射光線三次。請參閱圖4B，在另一實施例中，CIS結構包括一微透鏡100”、一透光結構200”、以及一反射結構300”。微透鏡100”設置于透光結構200”的一側，而反射結構300”圍繞透光結構200”。反射結構300”具有四層反射層，包括圍繞透光結構200”的一第一反射層310”、圍繞第一反射層310”的一第二反射層320”、圍繞第二反射層320”的一第三反射層330”、以及圍繞第三反射層330”的一第四反射層331”。第一、第二、第三、第四反射層310”、320”、330”、331”分別具有折射率N1、N2、N3、N4，且N1>N2>N3>N4。如圖4B所示，本實施例中的CIS結構可反射光線四次。因為圖4B所示的CIS結構可反射光線的次數大于圖4A所示的CIS結構，故其可產生較佳的效果。

如前述實施例所述，反射結構300具有至少三層，且距離透光結構200較近的層的折射率大于距離透光結構200較遠的折射率。

請參閱圖5A～5H，本發(fā)明一實施例提供一種CIS結構的形成方法，前述CIS結構形成于一基板B上。首先，一低折射率層600(第一折射率層，具有一折射率N3)形成于基板B上且位于光電二極管S之上(圖5A)，接著，對應于光電二極管S的一第一凹槽610通過蝕刻前述低折射率層600而形成(圖5B)。其后，一中折射率層700(第二折射率層，具有一折射率N2)形成于基板B和低折射率層600上(圖5C)，且對應于前述第一凹槽610的一 第二凹槽710通過蝕刻中折射率層700接著形成(圖5D)。第一凹槽610的寬度D1大于第二凹槽710的寬度D2。

接著，一高折射率層800(第三折射率層，具有一折射率N1，且N1>N2>N3)形成于基板B和中折射率層700上(圖5E)，且對應于前述第二凹槽710的一容納空間R通過蝕刻前述高折射率層800而形成(圖5F)。第二凹槽710的寬度D2大于容納空間R的寬度D。接下來，一透光結構200形成于容納空間R中(圖5G)，且透光結構200、高、中、低折射率層800、700、600可被裁切(圖5H)以形成一同心結構。最后，微透鏡100設置于透光結構200上(圖5I)。因此，在圖5I中兩條虛線之間的有效區(qū)域A內的高、中、低折射率層800、700、600可形成如圖1A所示的第一、第二、第三反射層310、320、330。另外，圖5I中的中、高折射率層700、800在虛線外的外側部分可形成如圖1A所示的第一、第二保護層340、350。在本實施例中，低、中、高折射率層600、700、800和透光結構200可通過涂布或沉積形成。

請參閱圖6A～6G，本發(fā)明另一實施例提供一種CIS結構的形成方法，前述CIS結構形成于一基板B上。于前述實施例類似(圖5A～5I)，一低折射率層600(第一折射率層，具有折射率N3)形成于基板B上且位于光電二極管S之上(圖6A)，接著，對應于光電二極管S的一第一凹槽610通過蝕刻前述低折射率層600而形成(圖6B)。其后，一中折射率層700(第二折射率層，具有一折射率N2)形成于基板B和低折射率層600上(圖6C)，且一高折射率層(第三折射率層，具有一折射率N1，且N1>N2>N3)隨后形成于中折射率層700上(圖6D)。

接著，對應于前述第一凹槽610的一容納空間R可通過蝕刻中、高折射率層700、800而形成，第一凹槽610的寬度D1大于容納空間R的寬度D(圖6E)。接下來，一透光結構200形成于容納空間R中(圖6F)，且微透鏡100可在未裁切高、中、低折射率層800、700、600的情況下直接設置于透光結構200(圖6G)上以在基板B上形成CIS結構。因此，在圖6G中兩條虛線之間的有效區(qū)域A內的高、中、低折射率層800、700、600可作為如圖1A所示的第一、第二、第三反射層310、320、330。另外，圖6G中的中、高折射率層700、800在虛線外的外側部分可作為如圖1A所示之第一、第 二保護層340、350。在本實施例中，低、中、高折射率層600、700、800和透光結構200可通過涂布或沉積形成。

請參閱圖7A～7E，本發(fā)明另一實施例提供一種CIS結構的形成方法，前述CIS結構形成于一基板B上。首先，一高折射率層800(第三折射率層，具有一折射率N1)形成于基板B上且位于光電二極管S之上(圖7A)，且對應于光電二極管S的一容納空間R通過蝕刻高折射率層800而形成(圖7B)。前述高折射率層800包括感光材料。接下來，一中折射率層700(第二折射率層，具有一折射率N2)和一低折射率層600(第一折射率層，具有一折射率N3，且N1>N2>N3)通過一曝光工藝而形成(圖7C)，且中折射率層700和低折射率層600的折射率可被曝光能量(exposure energy)所控制。

隨后，一透光結構200形成于容納空間R中(圖7D)，且微透鏡100設置于透光結構200上(圖7E)。因此，在圖7E中兩條虛線之間的有效區(qū)域A內的高、中、低折射率層800、700、600可作為如圖1A所示的第一、第二、第三反射層310、320、330。另外，圖7E中的中、高折射率層700、800在虛線外的外側部分可作為如圖1A所示的第一、第二保護層340、350。在本實施例中，高折射率層800和透光結構200可通過涂布或沉積形成。

請參閱圖8A～8G，本發(fā)明另一實施例提供一種CIS結構的形成方法，前述CIS結構形成于一基板B上。首先，一高折射率層800(第三折射率層，具有一折射率N1)形成于基板B上且位于光電二極管S之上(圖8A)，且一容納空間R和一第一溝槽820通過蝕刻前述高折射率層800而形成(圖8B)。第一溝槽820圍繞容納空間R。其后，一中折射率層700(第二折射率層，具有一折射率N2)形成于第一溝槽820中(圖8C)，且圍繞前述容納空間R的一第二溝槽720通過蝕刻中折射率層700而形成(圖8D)。

接下來，一低折射率層600(第一折射率層，具有一折射率N3，且N1>N2>N3)形成于第二溝槽720中(圖8E)。一透光結構200隨后形成于容納空間R中(圖8F)，且微透鏡100設置于透光結構200上(圖8G)以形成CIS結構。因此，在圖8G中兩條虛線之間的有效區(qū)域A內的高、中、低折射率層800、700、600可作為如圖1A所示的第一、第二、第三反射層310、320、330。另外，圖8G中的中、高折射率層700、800在虛線外的外側部分可作為如圖1A所示的第一、第二保護層340、350。在本實施例中，低、 中、高折射率層600、700、800和透光結構200可通過涂布或沉積形成。

圖9為表示本發(fā)明一實施例的影像感測裝置的局部示意圖。多個圖1A、1B所示的CIS結構在主透鏡M和具有多個光電二極管S的基板B之間排列成矩陣。應注意的是，于一些實施例中，圖3A、3B、4A、4B、6G、7E、8G所示的CIS結構也可應用于影像感測裝置中。

前述CIS結構可設置于單一像素、捉捕特殊光線的一些像素、或是影像感測裝置的整個像素陣列上。如圖10A、10B所示，在本實施例中，具有一第一微透鏡100A、一第一透光結構200A以及一反射結構300A的一第一CIS結構(與圖2所示的CIS結構相同)設置于具有一選定的光電二極管S的一特定像素上，具有一第二微透鏡100B和一第二透光結構200B的第二CIS結構C1設置于具有光電二極管S’的像素上，且一現有CIS結構C2設置于具有另一光電二極管(未圖示)的像素上。反射結構300A包括第一、第二、第三反射層310A、320A、330A以及第一、第二保護層340A、350A。第一反射層310A和第二保護層350A具有折射率N1，第二反射層320A和第一保護層340A具有折射率N2，第三反射層330A具有折射率N3，且N1>N2>N3。因此，進入第一透光結構200A的光線可被多次反射至選定的光電二極管S，特定像素的敏感度可被改善。

如圖10B所示，由于第二CIS結構C1的第二透光結構200B直接連接第一CIS結構的反光結構300A，進入第二透光結構200B的光線亦可在右側被多次反射至光電二極管S’。相反的，進入第二透光結構200B的光線在其他側僅會被反射一次(例如圖10B所示的第二CIS結構C1的左側)。此外，如圖10A所示，由于現有CIS結構C2并未貼附第一CIS結構，對應于現有CIS結構C2的光電二極管被單層所圍繞，進入現有CIS結構C2的光線僅會被反射一次。因此，光線反射至光電二極管的量可通過設置不同的CIS結構于不同的光電二極管上而調整。

圖11A、11B為表示本發(fā)明另一實施例的影像感測裝置。反射結構300A’僅具有三層，包括具有折射率N1的一第一反射層310A’、具有折射率N2的一第二反射層320A’、以及具有折射率N3的一第三反射層330A’，且N1>N2>N3。雖然圖10A、10B所示的反射結構300A相較于第11A、11B圖所示的反射結構300A’多了兩層，但兩種架構皆可達到對特定像素敏感度 的改善。

綜上所述，本發(fā)明提供一種影像感測裝置及其CIS結構。通過具有不同折射率的多層反射結構，當光線穿過微透鏡進入影像感測裝置時，其可被反射且引導至光電二極管，因此可達到高光敏性。

雖然本發(fā)明以前述的實施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術領域中技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可做些許的變動與潤飾。因此本發(fā)明的保護范圍當視所附的權利要求所界定者為準。