專利名稱：互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，且特別是有關(guān)于一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管圖像傳感器(CMOS image sensor，CIS)與互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的工藝相容，能夠很容易在與其他周邊電路整合在同一芯片上，因此能夠大幅降低圖像傳感器的成本以及消耗功率。亦因此近年來在低價位領(lǐng)域的應(yīng)用上，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管圖像傳感器已成為電荷耦合元件的代替品，進(jìn)而使得互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管圖像傳感器的重要性與日俱增。
但是，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管圖像傳感器仍具有一些缺點尚待克服。舉例來說，一般而言互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管圖像傳感器對不同頻率的入射光有不同的靈敏度，尤其是對于藍(lán)光的響應(yīng)(response)會較紅光與綠光差。
美國專利第6,137,100號(U.S.Pat.No.6,137,100)題目為“CMOSIMAGE SENSOR WITH DIFFERENT PIXEL SIZES FOR DIFFERENTCOLORS”，其內(nèi)容已揭露一種具有不同尺寸的彩色濾光膜的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管圖像傳感器，其利用改變彩色濾光膜的尺寸，以解決對于光靈敏度不相同的問題。另外，美國專利申請案的早期公開號2004/0100570A1(U.S.Pub.No.2004/0100570A1)題目為“IMAGE SENSORAND DIGITAL CAMERA”，其內(nèi)容揭露借助改變彩色濾光膜的尺寸，以調(diào)整光靈敏度。然而，上述改變彩色濾光膜尺寸的方法會使得工藝較為繁復(fù)，且具有較不利于量產(chǎn)等問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，能夠提高對藍(lán)光的響應(yīng)能力。
本發(fā)明提出一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)包括一基底，基底具有一像素陣列區(qū)，像素陣列區(qū)是由多個像素所構(gòu)成，每一個像素具有光感測區(qū)以及有源元件區(qū)，且像素之間以一隔離結(jié)構(gòu)區(qū)隔，其中光感測區(qū)具有不同的尺寸；多個光感測元件分別定義于光感測區(qū)中；多個晶體管配置于有源元件區(qū)中；以及多個彩色濾光膜分別配置于相對應(yīng)的像素上方，以形成彩色濾光陣列(color filter array，CFA)。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的像素的大小一致。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的彩色濾光陣列是配置成一貝爾圖形(Bayer pattern)，貝爾圖形包括依第一顏色及第二顏色的順序重復(fù)地配置于彩色濾光陣列的奇數(shù)列上，以及依第三顏色及第一顏色的順序重復(fù)地配置于彩色濾光陣列的偶數(shù)列上。其中，第一顏色是綠色，第二顏色是紅色，且第三顏色是藍(lán)色。而且，每4個像素包括一紅色像素、二綠色像素以及一藍(lán)色像素。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的像素的光感測區(qū)的尺寸分別是藍(lán)色像素大于二綠色像素大于紅色像素。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的二綠色像素共用一有源元件區(qū)。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的光感測元件包括光二極管。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述還包括多個微透鏡(microlens)分別配置于相對應(yīng)的彩色濾光膜上方。
本發(fā)明是利用改變光感測區(qū)的尺寸，提高像素的填充系數(shù)(fill factor，F(xiàn)F)，以增加對藍(lán)光的響應(yīng)能力。因此，本發(fā)明不需改變像素尺寸，所以不會造成整個元件面積增加，而提高晶片制造與鏡片成本的問題。而且，本發(fā)明僅需于一開始的布局做改變，而后續(xù)工藝皆與現(xiàn)有相同，因此本發(fā)明可以簡易的步驟，就能提高光靈敏度。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1為依照現(xiàn)有技術(shù)所繪示的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的上視圖。
圖2為依照現(xiàn)有技術(shù)所繪示的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的光靈敏度對波長的關(guān)系圖。
圖3為依照本發(fā)明一實施例所繪示的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局圖。
圖4所繪示的是貝爾圖形的彩色濾光陣列。
圖5為依照本發(fā)明另一實施例所繪示的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局圖。
圖6為依照本發(fā)明實施例所繪示的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的光靈敏度對波長的關(guān)系圖。
附圖標(biāo)記說明100圖像傳感器102有源區(qū)104隔離結(jié)構(gòu)106光二極管感測區(qū)107晶體管元件區(qū)108、110、112導(dǎo)體層114、116、124、126、128接觸孔118重置晶體管120輸出選擇晶體管122源極隨耦器晶體管300基底302像素302a、302c綠色像素302b藍(lán)色像素302d紅色像素304、304a、304b、304c、304d光感測區(qū)306、306a、306b、306d有源元件區(qū)具體實施方式
圖1為依照現(xiàn)有技術(shù)所繪示的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的上視圖。由圖1中顯示互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器包括由多個圖像傳感器構(gòu)成一個傳感器陣列，其中每一個圖像傳感器100包括光二極管感測區(qū)106與晶體管元件區(qū)107，而光二極管感測區(qū)106與晶體管元件區(qū)107之間是以一隔離結(jié)構(gòu)104區(qū)隔。晶體管元件區(qū)107包括有源區(qū)102、導(dǎo)體層108、導(dǎo)體層110、導(dǎo)體層112與接觸孔114、116、124、126、128。其中，光二極管感測區(qū)106是位于部分隔離結(jié)構(gòu)104下方，且光二極管感測區(qū)106是由一摻雜型態(tài)與基底相異的摻雜區(qū)與基底所組成的。導(dǎo)體層108跨在有源區(qū)102的部分是作為重置晶體管118的柵極結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體層110跨在有源區(qū)102的部分是作為輸出選擇晶體管120的柵極結(jié)構(gòu)，導(dǎo)體層112跨在有源區(qū)102的部分則是作為源極隨耦器晶體管122的柵極結(jié)構(gòu)。
另外，在圖像傳感器100上方還包括配置有彩色濾光膜(color filter)(未繪示)，其可具有三種不同的顏色(紅色、藍(lán)色、綠色)。
圖2為依照現(xiàn)有技術(shù)所繪示的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的光靈敏度(photo sensitivity)對波長(wave length)的關(guān)系圖。在圖2中，橫軸表示波長(其單位為微米)，縱軸表示感光元件的光靈敏度(任意單位)。由圖中可看出，一般互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器對光的響應(yīng)能力分別是，紅色大于綠色，綠色大于藍(lán)色。也就是說，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器對于藍(lán)光的響應(yīng)較紅光與綠光差。
因此，本發(fā)明提出一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)。圖3為依照本發(fā)明實施例所繪示的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局圖。以下是以一個2×2像素陣列為例做說明。
請參照圖3，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器包括基底300，其例如是P型硅基底?；?00具有一像素陣列區(qū)，而像素陣列區(qū)是由多個像素302所構(gòu)成，而像素302的大小一致。其中，每一個像素302具有一光感測區(qū)304以及一有源元件區(qū)306，且相鄰的二像素302之間以一隔離結(jié)構(gòu)(未繪示)區(qū)隔，隔離結(jié)構(gòu)例如是場氧化層。而且，在像素302中，除了光感測區(qū)304以外，其余的區(qū)域皆可做為有源元件區(qū)306。
互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器還包括有多個光感測元件分別定義于光感測區(qū)304中，以及多個晶體管配置于有源元件區(qū)306中。其中，光感測元件例如是光二極管，光二極管例如是由一N型摻雜區(qū)與部分基底300所組成。晶體管可例如是重置晶體管、輸出選擇晶體管與源極隨耦器晶體管。
特別是，本發(fā)明的像素302的大小一致，而光感測區(qū)304具有不同的尺寸。光感測區(qū)304的面積大小相對地會影響到像素感光的特性，而且光感測區(qū)304的面積在像素302的面積所占的比例也同樣是影響互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的光靈敏度的重要因素。其中，光感測區(qū)的面積除以像素的面積可定義為填充系數(shù)(fill factor，F(xiàn)F)。換句話說，單位像素內(nèi)的填充系數(shù)越高，其光靈敏度越好。
另外，在相對應(yīng)的像素陣列區(qū)上方還配置有一彩色濾光陣列(color filterarray，CFA)(未繪示)，亦即是在相對應(yīng)的每一個像素302上方分別配置有一個彩色濾光膜。其中，彩色濾光陣列是配置成一貝爾圖形(Bayer pattern)，貝爾圖形包括依第一顏色及第二顏色的順序重復(fù)地配置于彩色濾光陣列的奇數(shù)列上，以及依第三顏色及第一顏色的順序重復(fù)地配置于彩色濾光陣列的偶數(shù)列上。上述第一顏色是綠色，第二顏色是紅色，且第三顏色是藍(lán)色。請參照圖4，其繪示貝爾圖形的彩色濾光陣列。如圖所示，在貝爾圖形的彩色濾光陣列中，每4個像素的小方塊中包括紅色、綠色以及藍(lán)色三個不同顏色的彩色濾光膜的像素。其中，B是指藍(lán)色，Gb指藍(lán)色旁的綠色，R指紅色，Gr指紅色旁的綠色。此外，在彩色濾光陣列上還包括配置多個微透鏡(microlens)(未繪示)，其分別配置于相對應(yīng)的彩色濾光膜上，以增加進(jìn)光量，有效提高感光品質(zhì)。
在一實施例中，如圖5所示，像素302的光感測區(qū)304尺寸可分別是藍(lán)色像素302b的光感測區(qū)304b大于二綠色像素302a、302c的光感測區(qū)304a、304c大于紅色像素302d的光感測區(qū)304d。因此，藍(lán)色像素302b的填充系數(shù)可大于綠色像素302a、302c以及紅色像素302d的填充系數(shù)。而且，與傳統(tǒng)互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器相比，藍(lán)色像素302b的光感測區(qū)304b的尺寸較現(xiàn)有的光感測區(qū)大，紅色像素302d的光感測區(qū)304d的尺寸較現(xiàn)有的光感測區(qū)小，而綠色像素302a、302c的光感測區(qū)304a、304c的尺寸與現(xiàn)有的光感測區(qū)一樣。所以，在光靈敏度對波長的關(guān)系圖中(如圖6所示)，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器對藍(lán)光的響應(yīng)能力較現(xiàn)有的響應(yīng)能力高，而對紅光的響應(yīng)能力較現(xiàn)有的響應(yīng)能力低，對綠色的響應(yīng)能力與現(xiàn)有的響應(yīng)能力相同。亦即是，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器對于綠光、紅光與藍(lán)光的響應(yīng)能力相當(dāng)。另外，二綠色像素302a、302c亦可共用一有源元件區(qū)306a(如圖5所示)，以更好地提高填充系數(shù)，進(jìn)而增加光靈敏度。
當(dāng)然，本發(fā)明亦可視實際情況與工藝所需適當(dāng)?shù)膶Σ煌袼氐奶畛湎禂?shù)進(jìn)行調(diào)整，而不限于此。
綜上所述，本發(fā)明是利用改變光感測區(qū)的尺寸，提高像素的填充系數(shù)，以增加對藍(lán)光的響應(yīng)能力。亦即是，本發(fā)明在不更動像素尺寸的布局面積下，即可達(dá)到提高對藍(lán)光的響應(yīng)能力的目的。而且，由于像素尺寸不變，因此不會造成整個元件面積增加，而提高晶片制造與鏡片成本的問題。
另一方面，本發(fā)明僅需于一開始的布局做改變，而后續(xù)工藝皆與現(xiàn)有相同，因此本發(fā)明可以簡易的步驟，就能提高光靈敏度，而不會有現(xiàn)有提及的工藝較為繁復(fù)，且不利于量產(chǎn)等問題。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭露如上，但是其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，應(yīng)當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)以所附的權(quán)利要求所限定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，包括一基底，該基底具有一像素陣列區(qū)，該像素陣列區(qū)是由多個像素所構(gòu)成，每一該些像素具有一光感測區(qū)以及一有源元件區(qū)，且該些像素之間以一隔離結(jié)構(gòu)區(qū)隔，其中該些光感測區(qū)具有不同的尺寸；多個光感測元件，分別定義于每一該些光感測區(qū)中；多個晶體管，配置于每一該些有源元件區(qū)中；以及多個彩色濾光膜，分別配置于相對應(yīng)的該些像素上方，以形成一彩色濾光陣列。
2.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，其中該些像素的大小一致。
3.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，其中該彩色濾光陣列是配置成一貝爾圖形，該貝爾圖形包括依第一顏色及第二顏色的順序重復(fù)地配置于該彩色濾光陣列的奇數(shù)列上；以及依第三顏色及第一顏色的順序重復(fù)地配置于該彩色濾光陣列的偶數(shù)列上。
4.如權(quán)利要求3所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，其中該第一顏色是一綠色，該第二顏色是一紅色，且該第三顏色是一藍(lán)色。
5.如權(quán)利要求4所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，其中每4個該些像素包括一紅色像素、二綠色像素以及一藍(lán)色像素。
6.如權(quán)利要求5所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，其中該些像素的光感測區(qū)的尺寸分別是該藍(lán)色像素大于二綠色像素大于該紅色像素。
7.如權(quán)利要求6所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，其中二綠色像素共用一有源元件區(qū)。
8.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，其中該些光感測元件包括光二極管。
9.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，還包括多個微透鏡，分別配置于相對應(yīng)的該些彩色濾光膜上方。
全文摘要
本發(fā)明涉及互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)，該互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的布局結(jié)構(gòu)包括一基底、多個光感測元件、多個晶體管與多個彩色濾光膜。基底具有一像素陣列區(qū)，像素陣列區(qū)是由多個像素所構(gòu)成，每一個像素具有光感測區(qū)以及有源元件區(qū)，且像素之間以一隔離結(jié)構(gòu)區(qū)隔，其中光感測區(qū)具有不同的尺寸。另外，多個光感測元件分別定義于光感測區(qū)中。多個晶體管配置于有源元件區(qū)中。多個彩色濾光膜分別配置于相對應(yīng)的像素上方，以形成彩色濾光陣列。
文檔編號H01L27/146GK1913165SQ20051008966
公開日2007年2月14日 申請日期2005年8月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月8日
發(fā)明者吳心平, 林家輝 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司