CN102386199B - 微镜头以及图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种微镜头以及图像传感器。根据本发明的具有微镜头的图像传感器包括：晶体管处理电路，微镜头，彩色滤光片(CF)、光电二极管(PD)、以及金属遮光层等；其中，所述微镜头由金属(MT)光栅组成，利用所述金属光栅的菲涅耳衍射效应实现光线的会聚，以使入射光线聚向所述光电二极管。其中，所述遮挡层(SH)与所述微镜头均由金属(MT)组成。通过利用根据本发明的具有菲涅尔效应的金属光栅，来替代传统的聚合物微镜头，有效地减少了图像传感器的纵向尺寸，降低了图像传感器的制造成本，简化了制造工艺。

Description

微镜头以及图像传感器
技术领域
本发明涉及一种用于图像传感器的微镜头以及采用了该微镜头的图像传感器。
背景技术
图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD(ChargeCoupledDevice，电荷耦合元件)和CMOS(ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。
图像传感器具有微镜头(MICROLENS)，用于将光纤会聚到光感应元件(例如光电二极管)上。
图1示意性地示出了根据现有技术的包含微镜头的图像传感器的结构。具体地说，图1所示的图像传感器例如是CMOS图像传感器。如图1所示，根据现有技术的图像传感器包括：微镜头ML、彩色滤光片CF、光电二极管PD、以及金属遮挡层(SH)。其中，图像传感器利用微镜头ML来会聚光线，以使入射光线聚向光电二极管。光电二极管PD收集的光电子，并将收集到的光电子传递给图像传感器的处理电路(晶体管电路)进行处理。
其中，遮挡层SH一般由顶层金属层MT组成；彩色滤光片CF布置在遮挡层SH上方，即布置在顶层金属层MT上方。然而，在图1所示的现有技术中，微镜头ML位于顶层金属层MT以及彩色滤光片CF的上方，从而使得图像传感器的纵向尺寸至少包括：彩色滤光片CF的厚度、微镜头ML厚度，以及芯片本身厚度。
而且，在现有技术中，由于采用了专门的微镜头ML，所以需要利用例如聚合物材料等来制作该微镜头ML，并且在图像传感器的制作过程中必须存在微镜头ML的制造工艺，由此现有技术中微镜头的制作成本也相对较高。
从产品的技术发展趋势看，无论是CCD还是CMOS，其体积小型是业界积极研发的目标。因此，随着电子设备小型化的发展，期望的是图像传感器也能实现小型化，并且期望降低图像传感器的成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种有效地减小图像传感器的纵向尺寸并且降低图像传感器的制造成本的微镜头。
根据本发明第一方面，提供了一种用于图像传感器的微镜头，其包括：晶体管处理电路、微镜头、彩色滤光片、光电二极管、以及遮挡层；其中，所述微镜头由金属光栅组成，利用所述金属光栅的菲涅耳衍射效应实现光线的会聚，以使入射光线聚向所述光电二极管。
优选地，在上述用于图像传感器的微镜头中，所述遮挡层与所述微镜头均由顶层金属组成。
优选地，在上述用于图像传感器的微镜头中，所述金属光栅满足菲涅尔衍射条件。
优选地，在上述用于图像传感器的微镜头中，所述微镜头可根据实际需求设计出不同的尺寸和形状。
优选地，在上述用于图像传感器的微镜头中，所述彩色滤光片位于所述微镜头的上方。
根据本发明第二方面，提供了一种用于图像传感器的微镜头，所述图像传感器包括晶体管处理电路、微镜头(ML)、彩色滤光片(CF)、光电二极管(PD)、以及金属遮光层(SH)；其中所述微镜头由金属光栅组成，利用所述金属光栅的菲涅耳衍射效应实现光线的会聚，以使入射光线聚向所述光电二极管。
通过利用根据本发明的用于图像传感器的微镜头，通过利用(顶层或者其它层的)金属光栅来替代传统的聚合物微镜头，有效地减少了图像传感器的纵向尺寸，降低了图像传感器的制造成本，简化了制造工艺。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据现有技术的包含微镜头的图像传感器的结构。
图2示意性地示出了根据本发明实施例的包含微镜头的图像传感器的结构。
图3示意性地示出了根据本发明实施例的微镜头的菲涅尔衍射模拟效果。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图2示意性地示出了根据本发明实施例的包含微镜头的图像传感器的结构。
如图2所示，根据本发明实施例的图像传感器包括：晶体管处理电路(未具体示出)、微镜头ML、彩色滤光片CF、光电二极管PD、以及遮挡层SH。
其中，彩色滤光片CF位于遮挡层SH和微镜头上方。并且，所述微镜头由金属光栅组成，利用所述金属光栅的菲涅耳衍射效应实现光线的会聚，以使入射光线聚向光电二极管PD。
本发明实施例描述的光栅用顶层金属制作，但是本发明并不局限于顶层金属，其他金属层(如M1，M2)也可以用于制作光栅。
相应地，在本发明实施例中，遮挡层SH与微镜头均由顶层金属组成。
即，本发明实施例有利地利用晶体管处理电路的顶层金属层MT(或其它金属层)实现了遮挡层SH以及微镜头，使得图像传感器的纵向尺寸减小了图1所示的微镜头ML部分厚度，从而有效地减小了图像传感器的纵向尺寸。
并且，由于直接在晶体管处理电路的顶层金属层MT实现微镜头(即，具有菲涅耳衍射效应的金属光栅)，从而可以在顶层金属层MT的刻蚀工艺中通过适当调整例如刻蚀掩膜版的图案来直接制造微镜头，而无需附加额外的制造工艺，从而有效地节省了工艺步骤。
而且，由于可以直接利用顶层金属层MT来制造微镜头(即，由具有菲涅耳衍射效应的金属光栅)，所以无需例如聚合物之类的额外材料，从而节省了制造成本。
根据本发明实施例的微镜头(具有菲涅耳衍射效应的金属光栅FZ)可根据实际需求设计出不同的尺寸和形状。
但是，需要说明的是，具有菲涅耳衍射效应的金属光栅FZ的形状和尺寸设计须满足菲涅耳衍射条件。例如，根据本发明实施例的微镜头总体形状和缝隙为方形或条状。
如图3示意性地示出了根据本发明实施例的微镜头的菲涅尔衍射模拟效果。即，入射光线经菲涅尔衍射后的强度分布图。纵轴为入射光经金属光栅衍射后的强度，光栅中心的光线强度得到增强，而外围光线强度减弱。由此达到光线向光电二极管聚集的目的。
通过利用根据本发明实施例的上述具有菲涅尔效应的金属光栅，来替代传统的聚合物微镜头，有效地减少了图像传感器的纵向尺寸，降低了图像传感器的制造成本，简化了制造工艺。
并且，不同的光波产生衍射条件不同，如光栅中缝隙和/或孔的尺寸等。即，光栅中缝隙和/或孔的尺寸可随着光波波长的不同而不同。相应地，可根据具体应用来根据光波波长调整光栅中缝隙和/或孔的尺寸。
根据本发明的另一实施例，本发明还提供一种采用了上述微镜头的图像传感器，并且优选地图像传感器例如是CMOS图像传感器。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种具有微镜头的图像传感器，其特征在于包括：晶体管处理电路、微镜头(ML)、彩色滤光片(CF)、光电二极管(PD)、以及金属遮光层(SH)；其中，所述微镜头由金属光栅组成，利用所述金属光栅的菲涅耳衍射效应实现光线的会聚，以使入射光线聚向所述光电二极管；所述金属遮光层(SH)与所述微镜头(ML)均由顶层金属(MT)组成。
2.根据权利要求1所述的具有微镜头的图像传感器，其特征在于，所述金属光栅满足菲涅尔衍射条件。
3.根据权利要求1所述的具有微镜头的图像传感器，其特征在于，所述微镜头可根据实际需求设计出不同的尺寸和形状。
4.根据权利要求1所述的具有微镜头的图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光片位于所述金属遮光层和所述微镜头的上方。
5.一种用于图像传感器的微镜头，所述图像传感器包括晶体管处理电路、微镜头(ML)、彩色滤光片(CF)、光电二极管(PD)、以及金属遮光层(SH)；其特征在于所述微镜头由金属光栅组成，利用所述金属光栅的菲涅耳衍射效应实现光线的会聚，以使入射光线聚向所述光电二极管；所述金属遮光层(SH)与所述微镜头(ML)均由顶层金属(MT)组成。
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