CN101192619A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像传感器。该图像传感器具有滤色镜层和微透镜阵列，所述滤色镜层包括具有第一厚度的红色滤色镜、具有第二厚度的绿色滤色镜和具有第三厚度的蓝色滤色镜，所述微透镜阵列具有形成在红色滤色镜上的具有第四厚度的第一微透镜、形成在绿色滤色镜上的具有第五厚度的第二微透镜和形成在蓝色滤色镜上的具有第六厚度的第三微透镜。在一个实施例中，第一厚度与第四厚度的和、第二厚度与第五厚度的和、以及第三厚度与第六厚度的和可以是相等的。

Description

图像传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种图像传感器，其是一种将光学图像转换成电信号的半导体元件。
背景技术
图1是示出根据相关技术中图像传感器的制造方法、图案化用于形成微透镜的光刻胶的情形的视图，图2是沿着图1的线I-I’得到的剖面图，以及图3是沿着图1的线II-II’得到的剖面图。
根据相关技术中图像传感器的制造方法，如图1至3所示，对于红色滤色镜11、绿色滤色镜13和蓝色滤色镜15上的微透镜，分别通过图案化光刻胶图案31、33和35来形成微透镜。
此时，红色滤色镜11、绿色滤色镜13和蓝色滤色镜15的上表面的高度存在台阶差。因此，在红色滤色镜11、绿色滤色镜13和蓝色滤色镜15上形成平坦化层21。从而，在平坦化层21上形成光刻胶图案31、33和35。
对光刻胶图案执行诸如热回流(thermal reflow)工艺的热处理工艺，使得可以形成如图4至6所示的图像传感器。在此，图4是示出通过相关技术中图像传感器的制造方法形成微透镜的情形的视图，图5是沿着图4的线III-III’得到的剖面图，以及图6是沿着图4的线IV-IV’得到的剖面图。
使用相关技术中图像传感器的制造方法，在红色滤色镜11、绿色滤色镜13和蓝色滤色镜15上分别形成具有相同厚度和相同形状的微透镜41、43和45。通常，蓝光具有大约455nm的波段，绿光具有大约555nm的波段，红光具有大约655nm的波段。
图7是用于解释从根据相关技术中图像传感器的制造方法制造的图像传感器入射的光被聚集的情形的视图。
如图7所示，在使用相关技术的图像传感器的情况下，当三个滤色镜11、13和15上执行聚光功能的微透镜41、43和45的厚度和形状相同时，光聚焦到光接收单元的位置根据颜色因为波长不同而彼此不同。在波长最短的蓝光的情况下，焦点在离微透镜45最近的位置，在绿光的情况下，焦点在离微透镜43的中间位置，在红光的情况下，焦点在离微透镜41最远的位置。因此，光在相同位置处形成的光接收单元51、53和55上聚集的程度是不同的，使得图像传感器的性能劣化。
发明内容
本发明的实施例提供一种图像传感器及其制造方法，能够用期望的焦距将通过红色、绿色和蓝色滤色镜的光聚集。
根据一实施例的图像传感器包括滤色镜层和微透镜阵列，所述滤色镜层包括具有第一厚度的红色滤色镜、具有第二厚度的绿色滤色镜和具有第三厚度的蓝色滤色镜，所述微透镜阵列具有形成在红色滤色镜上的具有第四厚度的第一微透镜、形成在绿色滤色镜上的具有第五厚度的第二微透镜和形成在蓝色滤色镜上的具有第六厚度的第三微透镜。
根据一实施例的制造图像传感器的方法包括：形成滤色镜层，所述滤色镜层包括具有第一厚度的红色滤色镜、具有第二厚度的绿色滤色镜和具有第三厚度的蓝色滤色镜；在滤色镜层上形成用于形成微透镜的光刻胶；图案化用于形成微透镜的光刻胶；以及执行热处理以便形成微透镜阵列，所述微透镜阵列具有形成在红色滤色镜上的具有第四厚度的第一微透镜、形成在绿色滤色镜上的具有第五厚度的第二微透镜和形成在蓝色滤色镜上的具有第六厚度的第三微透镜。
附图说明
图1是示出根据相关技术中图像传感器的制造方法图案化用于形成微透镜的光刻胶的情形的俯视图；
图2是沿着图1的线I-I’得到的剖面图；
图3是沿着图1的线II-II’得到的剖面图；
图4是示出通过相关技术中图像传感器的制造方法形成微透镜的情形的俯视图；
图5是沿着图4的线III-III’得到的剖面图；
图6是沿着图4的线IV-IV’得到的剖面图；
图7是用于解释从根据相关技术中图像传感器的制造方法制造的图像传感器入射的光被聚集的情形的视图；
图8是示出根据本发明的实施例形成用于形成微透镜的光刻胶的情形的剖面图；
图9是示出根据本发明的实施例图案化用于形成微透镜的光刻胶的情形的剖面图；
图10是示出根据本发明的实施例形成微透镜的情形的剖面图；以及
图11是用于解释从根据本发明实施例的图像传感器的制造方法制造的图像传感器入射的光被聚集的情形的视图。
具体实施方式
在对实施例的说明中，当将每个层(膜)、区域、图案或结构描述为被形成在每个层(膜)、区域、图案或结构“之上/上方”或“之下/下方”时，可以理解为以与该层(膜)、区域、图案或结构直接接触的方式形成，或者可以在其间附加地形成其它层(膜)、区域、图案或结构。
下面，参考附图来描述根据本发明实施例的图像传感器及其制造方法。
参考图8，用于形成微透镜的光刻胶130可以形成在具有红色滤色镜111、绿色滤色镜113和蓝色滤色镜115的滤色镜层上。
根据一个实施例，可以依次形成红色滤色镜111、绿色滤色镜113和蓝色滤色镜115，从而形成滤色镜层。
可以将红色滤色镜111形成为具有第一厚度，将绿色滤色镜113形成为具有第二厚度，将蓝色滤色镜115形成为具有第三厚度。
作为一个示例，可以将具有第二厚度的绿色滤色镜113形成为比具有第一厚度的红色滤色镜111厚。而且，可以将具有第三厚度的蓝色滤色镜115形成为比具有第二厚度的绿色滤色镜113厚。
这样，当将红色滤色镜111、绿色滤色镜113和蓝色滤色镜115的厚度形成为彼此不同时，滤色镜层的上表面没有平坦化。根据本发明的实施例，不在滤色镜层上形成平坦化膜。而是，能够以与滤色镜层直接接触的方式形成用于形成微透镜的光刻胶130。能够以涂覆的方式形成用于形成微透镜的光刻胶130，其中用于形成微透镜的光刻胶130的上表面不平坦。
接下来，参考图9，对用于形成微透镜的光刻胶进行图案化处理。
在红色滤色镜111上形成第一光刻胶图案131，在绿色滤色镜113上形成第二光刻胶图案133，在蓝色滤色镜115上形成第三光刻胶图案135。这可以通过对用于形成微透镜的光刻胶130进行曝光和显影处理来形成。
然后，参考图10，可以进行诸如热回流工艺的热处理工艺。
因而，在红色滤色镜111上形成具有第四厚度的第一微透镜141，在绿色滤色镜113上形成具有第五厚度的第二微透镜143，在蓝色滤色镜115上形成具有第六厚度的第三微透镜145。
能够以矩阵形式将第一微透镜141、第二微透镜143和第三微透镜145重复地设置在共平面内以便形成微透镜阵列。
根据实施例，第一微透镜141、第二微透镜143和第三微透镜145的厚度可以形成为彼此不相同。
在另一实施例中，对于所有滤色镜111、113和115和它们相应的微透镜141、143和145，各自滤色镜和相应的微透镜的总厚度可以是相等的。
即，红色滤色镜111的第一厚度与第一微透镜141的第四厚度的和、绿色滤色镜113的第二厚度与第二微透镜143的第五厚度的和、以及蓝色滤色镜115的第三厚度与第三微透镜145的第六厚度的和是相等的。
根据实施例的示例，可以将具有第五厚度的第二微透镜143形成为比具有第四厚度的第一微透镜141薄。而且，可以将具有第六厚度的第三微透镜145形成为比具有第五厚度的第二微透镜143薄。
图11是用于解释从根据本发明的实施例制造的图像传感器入射的光被聚集的情形的视图。
参考图11，通过第一微透镜141将红光聚集到第一接收单元151上的距离、通过第二微透镜143将绿光聚集到第二接收单元153上的距离以及通过第三微透镜145将蓝光聚集到第三接收单元155上的距离是相等的。
即，控制第一微透镜141、第二微透镜143和第三微透镜145的厚度和表面形状，使得具有不同波段的红光、绿光和蓝光以相同的焦距分别聚集在第一接收单元151、第二接收单元153和第三接收单元155上。
在一实施例中，可以通过根据滤色镜之间的高度差改变微透镜的厚度将所有的光聚焦在期望的深度上。对于波长短的蓝光，微透镜的厚度薄；对于波长长的红光，微透镜的厚度比对应于蓝光的微透镜的厚度和对应于绿光的微透镜的厚度厚。
根据实施例，因为将光有效地聚集到各个光接收单元上，所以可以提高图像的性能。
而且，各个滤色镜的高度差防止在用于形成微透镜的热处理中相邻微透镜之间的合并，使得能够容易地形成具有零间隙的微透镜阵列。而且，可以省去在形成微透镜之前去除滤色镜之间的高度差的平坦化处理，使得可以实现过程简化，并且可以实现成本降低。
前述说明描述了通过控制各个滤色镜的厚度和各个微透镜的厚度可以将光聚集在距各个微透镜相同的距离处的方案。
然而，基于图像传感器的设计，可能产生距微透镜的焦距根据各个波段发生变化的情形。即使在这种情形下也可以有利地使用根据本发明实施例的图像传感器。
使用根据实施例的图像传感器，可以根据各个滤色镜的厚度选择来确定形成在各个滤色镜上的微透镜的厚度。从而，可以根据微透镜的厚度控制选择性地确定聚集光的距离。
即，可以将图像传感器设计成通过使聚集各个波段的光的焦点处于有意彼此不同的距离，来对每个颜色执行光学聚焦。
如上所述，使用该图像传感器及其制造方法，能够在期望的焦距处将穿过红色、绿色和蓝色滤色镜的光聚集。
在本说明书中“一个实施例”、“一实施例”、“示例实施例”等称谓意为所描述的与实施例有关的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。在本说明书中的不同位置出现的这种表述不必全指同一实施例。此外，当结合任一实施例来描述特定特征、结构或特性时，应当认为结合其它实施例实现该特征、结构或特性在本领域技术人员的能力范围内。
虽然参考本发明的几个说明性实施例描述了其实施方案，但是应当理解，本领域技术人员可以设计许多落入本公开的原理的精神和范围内的其它变形例和实施例。更具体地，可以在本公开、附图和所附权利要求的范围内的对象组合设置的组成部件和/或设置中进行各种修改和变形。除了组成部件和/或设置的修改和变形以外，可选用途对于本领域技术人员也是显而易见的。

Claims (18)

1.一种图像传感器，包括：
滤色镜层，其包括具有第一厚度的红色滤色镜、具有第二厚度的绿色滤色镜和具有第三厚度的蓝色滤色镜；以及
微透镜阵列，其具有形成在所述红色滤色镜上的具有第四厚度的第一微透镜、形成在所述绿色滤色镜上的具有第五厚度的第二微透镜和形成在所述蓝色滤色镜上的具有第六厚度的第三微透镜。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第四厚度、第五厚度和第六厚度是彼此不同的。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一厚度与所述第四厚度的和、所述第二厚度与所述第五厚度的和以及所述第三厚度与所述第六厚度的和是相等的。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第二厚度比所述第一厚度厚，所述第三厚度比所述第二厚度厚。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第五厚度比所述第四厚度薄，所述第六厚度比所述第五厚度薄。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述微透镜阵列与所述滤色镜层直接接触。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，通过所述第一微透镜聚集光的距离、通过所述第二微透镜聚集光的距离和通过所述第三微透镜聚集光的距离是相等的。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，根据所述滤色镜层的红色、绿色和蓝色滤色镜的厚度选择来确定在各个滤色镜上形成的各个微透镜的厚度，根据所确定的各个微透镜的厚度来确定聚集光的距离。
9.一种制造图像传感器的方法，包括：
形成滤色镜层，所述滤色镜层包括具有第一厚度的红色滤色镜、具有第二厚度的绿色滤色镜和具有第三厚度的蓝色滤色镜；
在所述滤色镜层上形成用于形成微透镜的光刻胶；
图案化所述用于形成微透镜的光刻胶；以及
执行热处理以便形成微透镜阵列，所述微透镜阵列具有形成在所述红色滤色镜上的具有第四厚度的第一微透镜、形成在所述绿色滤色镜上的具有第五厚度的第二微透镜和形成在所述蓝色滤色镜上的具有第六厚度的第三微透镜。
10.根据权利要求9所述的制造图像传感器的方法，其中，所述第四厚度、第五厚度和第六厚度是彼此不同的。
11.根据权利要求9所述的制造图像传感器的方法，其中，所述第一厚度与所述第四厚度的和、所述第二厚度与所述第五厚度的和以及所述第三厚度与所述第六厚度的和是相等的。
12.根据权利要求9所述的制造图像传感器的方法，其中，将所述第二厚度形成为比所述第一厚度厚，将所述第三厚度形成为比所述第二厚度厚。
13.根据权利要求9所述的制造图像传感器的方法，其中，将所述第五厚度形成为比所述第四厚度薄，将所述第六厚度形成为比所述第五厚度薄。
14.根据权利要求9所述的制造图像传感器的方法，其中，以与所述滤色镜层直接接触的方式形成所述微透镜阵列。
15.根据权利要求9所述的制造图像传感器的方法，其中，将通过所述第一微透镜聚集光的距离、通过所述第二微透镜聚集光的距离和通过所述第三微透镜聚集光的距离形成为是相同的。
16.根据权利要求9所述的制造图像传感器的方法，其中，根据所述滤色镜层的红色、绿色和蓝色滤色镜的厚度选择来确定形成在各个滤色镜上的各个微透镜的厚度，根据所确定的各个微透镜的厚度来确定聚集光的距离。
17.根据权利要求9所述的制造图像传感器的方法，其中，在所述滤色镜层上形成用于形成微透镜的光刻胶包括在所述滤色镜层上涂覆光刻胶，使得所述光刻胶的上表面平坦。
18.根据权利要求9所述的制造图像传感器的方法，其中，形成所述滤色镜层包括顺序形成所述红色滤色镜、所述绿色滤色镜和所述蓝色滤色镜。
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