CN103311256B - 改进的背面照明图像传感器架构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及改进的背面照明图像传感器架构及其制造方法。一种包括衬底和多个滤色器的图像传感器设备。该衬底包括多个光电检测器（其中，所述多个光电检测器的第一部分每个具有比所述多个光电检测器的第二部分中的每一个小的横向尺寸）和被电耦合到光电检测器的多个接触焊盘。所述多个滤色器每个被设置在光电检测器中的一个上。所述多个光电检测器被配置为响应于通过滤色器入射的光产生电子信号。所述多个光电检测器的第三部分被横向地设置在光电检测器的第一和第二部分之间，并且每个具有在光电检测器的第一和第二部分的横向尺寸之间的横向尺寸。

Description

改进的背面照明图像传感器架构及其制造方法
技术领域
本发明涉及CMOS图像传感器，更特别地涉及背面照明图像传感器和封装配置。
背景技术
半导体器件的趋势是封装在更小封装（其在提供离芯片信令连接性的同时保护芯片）中的更小的集成电路（IC）器件（也称为芯片）。一个示例是图像传感器，其是包括将入射光变换成电信号（其以良好的空间分辨率准确地反映入射光的强度和色彩信息）的光电检测器的IC器件。图像传感器可以是正面照明（FSI）或背面照明的（BSI）。
常规正面照明（FSI）图像传感器具有在硅芯片的表面处形成的光电检测器，被成像的光在该表面处入射。用于光电检测器的支持电路在光电检测器上形成，其中，孔口（即光管）允许光通过电路层到达光电检测器。滤色器和微透镜被设置在包含光电检测器的表面上。FSI图像传感器存在的缺点是电路层限制孔口的尺寸，用于每个像素的入射光必须通过该孔口传播。随着像素尺寸由于对更高数目的像素和更小芯片尺寸的需求而缩小，像素面积与总传感器面积的比减小。这降低了传感器的量子效率（QE）。
常规背面照明（BSI）图像传感器类似于FSI图像传感器，不同的是光电检测器通过芯片的背表面接收光（即，光进入芯片的背表面，并穿过硅衬底直至其到达光电检测器）。滤色器和微透镜被安装到芯片的背表面。用此配置，入射光避免电路层。然而，BSI图像传感器存在的缺点包括由硅衬底中的扩散引起的像素串话（即，不存在形成有孔开口以使用于每个像素的传播光分离的电路或其它结构—蓝光尤其易受此扩散现象的影响）和由于较短光程而引起的对较厚微透镜的需要。
BSI图像传感器存在的另一显著问题是通过硅衬底的不同色彩的光的量子效率由于被硅吸收（即衰减）的光的量基于波长而变而改变。这意味着在均匀厚度硅衬底的情况下，朝光电检测器方向前进的红色、绿色和蓝色的吸收量不是相同的。为了均衡衰减，不同的色彩将不得不通过相同厚度的硅。在下表中针对光的三个不同色彩提供了用于硅的吸收系数以及用于均衡衰减的硅的厚度比：
表1
从上可知，作为示例，对于蓝色的1μm、对于绿色的1.65μm和对于红色的5.70μm的硅厚度将提供对于全部三个色彩波长的均匀吸收。吸收的另一度量是“吸收深度”，其是初始强度的约64%（1-1/e）被吸收且约36%（1/e）通过处的衬底的厚度。表格显示对于蓝色的0.625μm、对于绿色的1.03μm和对于红色的3.56μm的硅厚度将提供约64%的均匀吸收，并且使得光的36%通过硅。
可以用诸如红色、绿色和蓝色的三个添加原色的线性组合来在一定范围内表示任何色彩。为了使得传感器阵列能够感测色彩，在传感器阵列上覆盖具有红色、绿色和蓝色滤光器元件的滤色器阵列，使得滤色器阵列的每个滤色器元件与传感器阵列的一个光电检测器对准（即每个光电检测器及其关联滤色器形成被捕捉的图像的像素）。红色滤光器元件阻挡绿光和蓝光，并仅允许红光到达传感器阵列的相应光电检测器，其因此仅输出图像的红色分量。绿色滤光器元件阻挡红光和蓝光，并仅允许绿光到达传感器阵列的相应光电检测器，其因此仅输出图像的绿色分量。蓝色滤光器元件阻挡红光和绿光，并仅允许蓝光到达传感器阵列的相应光电检测器，其因此仅输出图像的蓝色分量。因此，入射在滤色器阵列上的光的三分之二被阻止到达传感器阵列，显著地降低了用于彩色图像的传感器阵列的总体检测灵敏度，从而显著地降低了用于彩色图像的传感器阵列的分辨率。
使用基于半导体的图像传感器来在照相机中捕捉色彩信息的常见方法是采用马赛克，诸如交替红色、绿色和蓝色像素的拜耳图案（Bayerpattern）。到达这些像素的光被由诸如聚酰亚胺的材料制成的相应红光、绿光或蓝光过滤膜过滤。
遗憾的是，随着像素尺寸变小，某些光未被聚焦到光电检测器上，其促使光被损耗且像素响应减少。主射线是通过入射光瞳的中心的射线，并且在入射光瞳的中心附近的光在阵列的中心处进入像素。主射线的角通常被称为主射线角（CRA）。在感测阵列的周界边缘处，像素响应下降至其零度角响应的某个百分比（例如80%）以下（其中，像素垂直于入射光）。在传感器阵列的中心轴附近入射的光与中心轴接近平行地进入像素。然而，距离中心轴更远地入射的光以不平行于中心轴的角度进入像素。结果，在远离阵列中心定位的像素之间可能存在串话。串话在图像传感器中产生噪声。
需要一种改进的BSI图像传感器配置以实现对于多个波长而言基本上均匀的通过硅衬底的入射光的吸收。还需要一种用于BSI图像传感器芯片的改进的封装和封装技术，其能够提供具有成本效益且可靠的（即提供必需的机械支撑和电连接）薄断面（lowprofile）晶片级封装解决方案，这意味着封装解决方案将需要能够将前端和后端过程集成。还需要一种通过增加量子效率并减少像素串话来优化和改善图像质量的图像传感器。
发明内容
用一种图像传感器器件来解决上述问题和需要，该图像传感器器件包括包括多个光电检测器的衬底和被电耦合到所述光电检测器的多个接触焊盘以及每个被设置在光电检测器中的一个上的多个滤色器，其中，所述多个光电检测器的第一部分每个具有比所述多个光电检测器的第二部分中的每一个小的横向尺寸。所述多个光电检测器被配置为响应于通过滤色器入射的光产生电子信号。
通过仔细阅读说明书、权利要求和附图，本发明的其它目的和特征将变得显而易见。
附图说明
图1A～1G是按序列示出形成封装图像传感器时的步骤的横截面侧视图。
图2A～2E是按序列示出形成封装图像传感器的替换实施例时的步骤的横截面侧视图。
图3A～3D是按序列示出形成封装图像传感器的第二替换实施例时的步骤的横截面侧视图。
图4是示出图1G的封装图像传感器的替换实施例的横截面侧视图，其中，在图像传感器阵列内光电检测器的尺寸改变。
图5是示出图2E的封装图像传感器的替换实施例的横截面侧视图，其中，在图像传感器阵列内光电检测器的尺寸改变。
图6是示出图3D的封装图像传感器的替换实施例的横截面侧视图，其中，在图像传感器阵列内光电检测器的尺寸改变。
图7A和7B是举例说明用于图像传感器阵列内的光电检测器的变化相对尺寸和布局的一个示例性方案的图。
图8是举例说明图像传感器进行的图像捕捉以及从图像传感器至图像处理器的信号发送的图。
图9A和10A是举例说明具有非均匀放大因数的透镜的图。
图9B和10B是举例说明具有均匀放大因数的透镜的图。
图11是示出液晶透镜的各层的横截面侧视图。
图12是示出图4的封装图像传感器的替换实施例的横截面侧视图，其中，在衬底表面处形成吸收补偿材料32、滤色器34和微透镜36。
图13是示出图5的封装图像传感器的替换实施例的横截面侧视图，其中，在衬底表面处形成吸收补偿材料32、滤色器34和微透镜36。
图14是示出图6的封装图像传感器的替换实施例的横截面侧视图，其中，在衬底表面处形成吸收补偿材料、滤色器和微透镜。
图15是示出微透镜配置的替换实施例的横截面侧视图。
图16是示出图14的封装图像传感器的替换实施例的横截面侧视图，其利用具有在其上和下表面上形成的整体地形成的透镜部分的单体透镜衬底。
具体实施方式
本发明是基于波长来减少衬底衰减变化量的改进的BSI图像传感器和封装以及其制造方法。
制造封装图像传感器的方法涉及BSI图像传感器的同时制造和封装。该方法从在图1A中举例说明的常规BSI图像传感器芯片10开始。芯片10包括在其上面连同接触焊盘18形成有多个光电检测器14和支持电路16的衬底12。光电检测器14、支持电路16和接触焊盘18是在衬底12的面朝下（前）表面12a处形成的。优选地，所有支持电路16都在光电检测器14下面形成（更接近于前表面12a），使得电路16不阻挡通过背表面12b进入并通过衬底12朝着光电检测器14传播的光。接触焊盘18经由支持电路16被电耦合到光电检测器14以便提供离芯片信令。每个光电检测器14将入射在背表面12b上并到达光电检测器14的光能转换成电压和/或电流信号。可以在芯片上包括附加电路以将电压放大和/或将其转换成数字数据。此类BSI图像传感器在本领域中是众所周知的，并且在本文中不进一步描述。
装卸器（handler）20被使用接合界面22附加于衬底12的前表面12a。装卸器20可以由陶瓷或晶体材料制成。接合界面22可以是例如二氧化硅、环氧树脂合成物、聚酰胺或能够耐受高达200℃的温度的任何其它电介质材料。然后可以使用可选减薄过程来减小衬底12和装卸器20的厚度（例如，通过研磨或蚀刻衬底12的背表面12b和装卸器20的底面）。在优选实施例中，衬底12将优选地具有等于或大于10μm的厚度且其余装卸器20将优选地具有等于或大于50μm的厚度。在图1B中示出了结果得到的结构。
然后向背表面12b中形成延伸至接触焊盘18并使得其暴露的孔24（即通孔）。可以通过使用激光器、等离子体蚀刻过程、喷砂过程、机械研磨过程或任何其它类似方法来形成孔24。优选地，通过照相平版印刷等离子体蚀刻来形成孔24，其包括在衬底12的背表面12b上形成一层光刻胶，将该光刻胶层图案化以使表面12b的所选部分暴露，并随后执行等离子体蚀刻过程（例如BOSCH过程，其使用SF6和C4F8气体的组合）以去除衬底12的暴露部分直至接触焊盘18在孔的底部处被暴露。然后在背表面12b（包括孔24的侧壁）上沉积/形成隔离（电介质）层26并进行图案化。层26可以是Si氧化物、Si氮化物、环氧树脂基的、聚酰亚胺、树脂或任何其它适当的（一种或多种）电介质材料。优选地，电介质层26是具有至少0.5μm厚度的SiO2，其是通过使用PECVD沉积技术（其在本领域中是众所周知的）、接着是从表面12b的所选部分和孔24的底部去除电介质材料的平版印刷过程来形成的。在图1C中示出了结果得到的结构。
然后向在光电检测器14上的那部分表面12b中形成腔体28。可以通过使用激光器、等离子体蚀刻过程、喷砂过程、机械研磨过程或任何其它类似方法来形成腔体28。优选地，通过照相平版印刷等离子体蚀刻来形成腔体28，其在腔体的最大深度部分处留下约10μm的最小厚度（即腔体28具有距离前表面12a约10μm的底面28a）。替换地，可以通过使用电介质层26作为选择机构在没有照相平版印刷步骤的情况下执行等离子体蚀刻过程（即表面12b上的电介质层26中的间隙限定被暴露于等离子体蚀刻并经受等离子体蚀刻的衬底12的那些部分）。然后向腔体28的底面28a的所选部分中形成辅助腔体30，优选地用一个或多个平版印刷和等离子体蚀刻过程或任何其它类似方法。每个辅助腔体30被设置在光电检测器14中的一个或多个上。每个辅助腔体30的深度将根据在下面的相应光电检测14正在测量的光的色彩而变。作为非限制性示例，在RGB光电检测器的情况下，在红光光电检测器（即与下述红色滤光器相关联的那些）上形成具有5至6μm的深度的辅助腔体30，在绿光光电检测器（即与下述绿色滤光器相关联的那些）上形成具有1.5至2μm的深度的辅助腔体30，并且不在蓝光光电检测器（即与下述蓝色滤光器相关联的那些）上形成辅助腔体。在图1D中示出结果得到的结构。
在辅助腔体30内部沉积吸收补偿材料32。材料32可以是具有与硅衬底12的那些不同的光吸收特性的任何材料（例如，与硅的那些不同的各种频率下的吸收系数）。材料32可以是聚合物、环氧树脂基的、树脂或具有期望光吸收特性的任何其它（一种或多种）适当材料。优选地，材料32是通过使用喷雾沉积技术（其在本领域中众所周知）、接着是平板印刷去除过程形成的聚合物，使得辅助腔体30被填充有材料32（即直至腔体28的底面28a）。滤色器34和微透镜36被使用常规滤色器/透镜制造过程（其在本领域中众所周知）安装在每个光电检测器14上的腔体28内部（即在每个已填充辅助腔体30上）。微透镜36可以被相互分离或整体地一起形成。同样地，用于相同色彩的相邻滤色器34可以相互分离或整体地一起形成。可以将可选防反射涂层施加于或包括在微透镜36上或滤色器34与材料32或表面28a之间。然后使用诸如聚酰亚胺、树脂、环氧树脂基的或任何其它（一种或多种）适当接合材料的接合界面（未示出）在衬底背面12b上面或之上（即在腔体28之上）接合光学透明衬底（例如玻璃）。光学透明意味着至少一个范围的光波长能够以对于期望波长的至多仅可容忍吸收损耗通过衬底38。在图1E中示出结果得到的结构。
优选地，多个图像传感器芯片被制造为单个晶片上的单独管芯。在此处理阶段，将晶片级组装结构分离（即分割、单一化等）以形成单独封装。可以通过使用常规晶片分割和/或激光器设备来完成此程序，其沿着管芯线40将单独管芯分离，如图1F所示。在分割之前或之后测试管芯，并且然后去除已知的良好传感器芯片且放置在托盘中以供将来组装。
接下来将已知的良好图像传感器芯片10附着于主板（例如印刷电路板）42，其包括接触焊盘44和电迹线（未示出）以用于离芯片信令。导线46被连接在图像传感器芯片10的接触焊盘18与主板42的各接触焊盘44之间（并提供其之间的电连接）。导线46可以是合金金、铜或任何其它适当的导线接合材料，并且是通过使用任何常规导线接合技术（其在本领域中众所周知）形成的。然后优选地使用诸如环氧树脂的接合材料在光学透明衬底38上附加或组装透镜模块组件48。透镜模块组件48包括一个或多个透镜50（用于使光聚焦到光电检测器14上）和在（一个或多个）透镜50之上的透明衬底52。在图1G中举例说明最终结构。
在操作中，入射光被透镜模块48聚焦通过衬底38、通过微透镜36和滤色器34、通过材料32（如果有的话）、通过衬底12中的任何一个并进入光电检测器14，其又响应于入射光提供电信号。该电信号被支持电路16处理，并经由接触焊盘18、导线46和接触焊盘44离芯片地传输。
图1G的封装结构的主要优点是设置在光电检测器14之上的材料32的变化深度（其能够被准确地控制）导致对于所有色彩的光而言基本上相同的吸收。例如，假设材料32具有比硅更高的吸收系数，则在红色像素光电检测器14（即具有红色滤色器34的那些光电检测器14）之上的材料32的厚度将是最大的，在绿色像素光电检测器14（即具有绿色滤色器34的那些光电检测器14）之上的材料32的厚度将比红色像素光电检测器的小，并且在蓝色像素光电检测器14（即具有蓝色滤色器34的那些光电检测器14）之上的材料32的厚度将是三个之中最小的或者甚至是零（即在蓝色像素光电检测器上没有材料32，因为在这些光电检测器上未形成辅助腔体30）。用此配置，全部三种色彩的光将随着其通过硅衬底10和任何材料32而被相等地或接近相等地衰减，因为材料32的增加的深度将使红光和绿光衰减以匹配到达光电检测器的蓝光的强度。具有比硅高的吸收系数的适当材料32包括有机和无机聚合物或半导体掺杂材料。
作为另一示例，假设材料32具有比硅低的吸收系数，则在蓝色像素光电检测器14之上的材料32的厚度将是最大的，在绿色像素光电检测器之上的材料32的厚度将比用于蓝色像素光电检测器的小，并且在红色像素光电检测器之上的材料32的厚度将是三个之中最小的或者甚至是零（即在红色像素光电检测器之上没有材料32，因为在这些光电检测器上未形成辅助腔体30）。用此配置，全部三个色彩的光随着其通过衬底10和任何材料32被相等地或接近相等地衰减。具有比硅低的吸收系数的材料32包括有机和无机聚合物。
图1G的封装结构的另一优点是每个部件能够被单独地制造和测试。具体地，每个图像传感器10能够在被附加于板42并被与透镜模块组件48（其也被单独地制造和测试）封装之前被测试和检验，使得任何已知的良好部件优选地达到其最终集成，因此增加了产率和通过率并降低成本。该封装结构还具有薄断面，提供必需的机械支撑和电连接，并且因此更加可靠且具有成本效益。
图2A～2E举例说明已封装图像传感器的替换实施例的制造。从图1C所示的结构开始，在该结构上沉积一层导电材料56，包括在孔24的一侧和底壁上，如图2A所示。导电层56可以是Cu、Ti/Cu、Ti/Al、Cr/Cu或其它众所周知的（一种或多种）导电材料。可以通过溅射、镀覆或溅射与镀覆的组合来完成沉积。在导电层56的顶部上沉积图案化照相平版印刷层，接着是蚀刻过程以去除层56的所选部分，留下每个从接触焊盘18（在孔24的底部处）、从孔侧壁向上并沿着衬底背表面12b延伸的多个导电迹线58。在图2B中示出结果得到的结构。
以与如上文关于图1D～1E所解释的类似的方式执行腔体28、辅助腔体30、材料32、滤色器和微透镜34/36以及透明衬底38的形成，得到图2C所示的结构。然后通过材料沉积、接着是经由平版印刷的选择性去除来在图像传感器晶片的背面上形成图案化密封（电介质）材料，所述选择性去除留下设置在衬底背表面12b上并优选地填充孔24的密封材料60。还在背表面12b的所选部分上去除密封剂材料60，使迹线58的所选部分被暴露。密封剂材料60是可以是环氧树脂基的、聚酰亚胺、树脂或任何其它适当（一种或多种）绝缘材料的电介质材料。优选地，背表面12b上的密封剂材料60在厚度上为5μm至40μm，并且完全密封孔24。接下来以使得每个互连与迹线58中的一个的暴露部分进行电接触的方式在背表面12b上形成SMT（表面安装）互连62。SMT互连62可以是BGA型的，并且使用焊接合金的丝网印刷过程或通过球放置过程或通过镀覆过程来形成。BGA（球栅阵列）互连是用于进行与配对导体的物理和电接触的圆形导体，通常通过向迹线58上焊接或部分地熔化金属球来形成。替换地，SMT互连62可以是导电金属柱（例如铜）。在图2D中举例说明结果得到的结构。
在与如上文关于图1F所述类似的方式的晶片分割/单一化之后，图像传感器芯片10被附着于主板64。主板64包括具有使用常规SMT或倒装芯片组装技术电连接到SMT互连62的接触焊盘66的电迹线（未示出）。主板64包括设置在光电检测器14之上的孔口68，入射光通过该孔口68。透镜模块组件48附着于主板，使得（一个或多个）透镜50使入射光聚焦通过孔口68、通过透明衬底38、通过微透镜/滤色器36/34、通过材料32（如果有的话）、通过硅衬底12至光电检测器14。在图2E中示出最终结构。来自光电检测器14的电信号被支持电路16处理，并经由接触焊盘18、迹线58、SMT互连62以及接触焊盘66和主板64上的迹线离芯片地传输。
图3A～3D举例说明已封装图像传感器的第二替换实施例的制造。起始结构是在图1E中示出的，不同的是没有孔24和电介质层26的形成（如图3A所示—其替代地示出在透明衬底38与衬底12之间的接合界面材料70）。孔70是通过装卸器20形成的以使接触焊盘18暴露。可以通过使用激光器、等离子体蚀刻过程、喷砂过程、机械研磨过程或任何其它类似方法来形成孔70。优选地通过照相平版印刷等离子体蚀刻来形成孔70，其包括在装卸器上形成一层光刻胶，将该光刻胶层图案化以使永久装卸器的所选部分暴露，并且然后执行等离子体蚀刻过程（例如BOSCH过程，其使用SF6和C4F8气体的组合）以去除装卸器20的暴露部分以形成孔72。在装卸器20的底面（包括内部孔72）上沉积隔离（电介质）层74并进行图案化。层74可以是Si氧化物、Si氮化物、环氧树脂基的、聚酰亚胺、树脂或任何其它适当的（一种或多种）电介质材料。优选地，电介质层是具有至少0.5μm的厚度的SiO2，其是通过使用PECVD沉积技术（其在本领域中众所周知）、接着是从孔72的底部去除电介质层（以使接触焊盘18被暴露）的平版印刷过程形成的。在图3B中示出结果得到的结构。
在电介质层74上沉积导电材料76，优选地部分地或完全填充孔72。导电材料可以是Cu、Ti/Cu、Ti/Al、Cr/Cu或其它众所周知的（一种或多种）导电材料。可以通过溅射、镀覆或溅射与镀覆的组合来完成沉积。然后使用照相平版印刷蚀刻过程来选择性地去除除内部孔72的之外的导电材料76（和优选地形成SMT相容焊盘78的从孔72延伸出的一小部分）。然后在装卸器20的底面上沉积图案化密封（电介质）层80，其可以是环氧树脂基的、聚酰亚胺、Fr4、树脂或任何其它适当的（一种或多种）密封剂材料。优选地，密封层80具有约5μm至40μm的厚度。可以使用任何标准封装沉积过程（其在本领域中是众所周知的）来形成密封层80。然后使用照相平版印刷过程来去除密封层80的各部分以使SMT相容焊盘78暴露。然后以与如上文关于SMT互连62所述类似的方式在暴露焊盘78上形成SMT互连82。在图3C中示出结果得到的结构。
在以与如上文关于图1F所述类似的方式的晶片分割/单一化之后，透镜模块组件48被附着于透明衬底38，使得（一个或多个）透镜50使入射光聚焦通过透明衬底38、通过微透镜/滤色器36/34、通过材料32（如果有的话）、通过硅衬底12并到达光电检测器14。然后将图像传感器芯片10附着于主板（例如印刷电路板）84，其包括接触焊盘86和电迹线（未示出）以用于离芯片信令。在图3D中示出最终结构。来自光电检测器14的电信号被支持电路16处理，并经由接触焊盘18、导电材料76、接触焊盘78、SMT互连80及接触焊盘86和主板84的迹线离芯片地传输。
图4～6分别举例说明图1G、2E和3D的已封装图像传感器组件的替换实施例。在每种情况下，光电检测器14（及其关联滤色器34、微透镜36和任何吸收材料32）的二维密度在光电检测器14的阵列的中心部分处是最大的，并在光电检测器14的阵列的周界处减小，如图4～6所示。可以通过根据与器件的中心点或面积的距离的函数增加每个光电检测器14的横向横截面面积（连同相应滤色器34、微透镜36和任何吸收材料32的横截面面积）来实现远离器件中心的密度减小。优选地，光电检测器之间的间距基本上保持不变且尽可能小（可能甚至为零），以使撞击该间距且因此未被任何光电检测器感测的光的量最小化。
规定光电检测器的横向尺寸的增加的缩放因数可以是连续和渐进的，涉及用于各组光电检测器的谨慎尺寸减小步幅及其任何组合。例如，图7A举例说明具有三个横向尺寸的光电检测器的阵列。在阵列的周界附近的光电检测器14a具有最大横向尺寸。在阵列的中心处的光电检测器14c具有最小横向尺寸。在光电检测器14a和14c之间的光电检测器14b具有中等横向尺寸。作为非限制性示例，用于图7A的阵列的缩放因数可以遵循以下等式且在图7B中举例说明：
A=2B+X=4C+3X(1)
B=2C+X(2)
其中，A是光电检测器14a的尺寸，B是光电检测器14c的尺寸，C是光电检测器14c的尺寸，并且X是光电检测器之间的距离（其中X≥0）。横向尺寸中的每次下降（例如从A至B或从B至C）优选地（但不一定）涉及横向尺寸的一半或大致一半的减少，以便简化来自光电检测器的信号的处理（例如，相对于也被视为单个像素的较大光电检测器，图像处理能够将多个较小光电检测器视为单个像素）并使光电检测器之间的间隙最小化。虽然上文仅示出并描述了三个横向光电检测器尺寸，但可以利用附加横向光电检测器尺寸。
在传感器器件的周界处的光电检测器的增加的横向尺寸减少了更接近于图像传感器的周界的那些光电检测器之间的串话，并实质上增加了传感器器件的量子效率。
还可以使用阵列中心处的较高像素浓度来用固定聚焦透镜和后处理来实现变焦功能，这能够通过去除移动透镜组件将器件的高度减小百分之二十五或以上。如图8所示，图像传感器10捕捉通过透镜模块48的对象的图像，生成图像信号88，并向图像处理器90发送图像信号88。为了产生捕捉图像的中心的变焦图像，图像处理器仅通过考虑来自中心定位的光电检测器14的信号（使用具有与原始的具有相同纵横比的边界并忽视来自在边界外面—即更接近周界—的光电检测器14的信号）并且然后将来自更加中心定位的光电检测器的那些信号内插回至原始图像的像素尺寸来有效地将图像裁剪掉。变焦图像的质量在实践中受限于在该边界内的活动像素的密度或数目。
为了实现更大的放大倍率，与如图9B和10B所示的均匀放大相比，透镜模块48可以在视场（FOV）中心上具有更大的放大因数，如图9A和10A所示。此透镜配置将产生失真图像，其中，中心部分是失真的，并且可以使用更大数目的像素来描述变焦图像。桶形失真算法ru＝rd（1+krd 2）是用于找到失真像素的无失真位置的等式。失真像素将被移动至所计算的位置，因此消除桶形失真效应（参见图9B和10B）。用ru来表示无失真像素位置，用rd来表示失真像素与光学轴之间的距离，并用k来表示为每个透镜所独有的失真参数。生成的坐标并不总是整数值。因此，在原始像素之间放置无失真像素并使用双线性内插解决此问题。双线性内插涉及对最近相邻像素中的四个进行采样，并使用其加权和来产生密切地类似于其周围环境的新像素。
可以替换地通过使用液晶透镜92来增强变焦功能，其中，液晶材料形成电可调液晶透镜。如图11所示，可以连通电极层98一起将液晶材料94夹在两个光学透明衬底96之间。液晶透镜在本领域中是众所周知的，并且在这里不作进一步公开。
应注意的是根据衬底10的厚度、吸收补偿材料32的形成，可以在衬底背表面12b处而不是在腔体28的底面28a处形成滤色器34和微透镜36。因此，图12～14分别举例说明图4～6所示的那些的替换实施例，其中，在衬底10的背表面12b处形成材料32、滤色器34和微透镜36。另外，在替换实施例中，可以从图4～6和12～14的实施例省略吸收补偿材料（即具有变化的横向尺寸但没有任何吸收补偿材料32的光电检测器）。
图15举例说明其中在每个微透镜36下面的光电检测器14和/或滤色器34的数目改变（例如，基于光电检测器14和/或滤色器34的横向尺寸）的微透镜36的配置。与在阵列的外边缘附近的较大光电检测器14相比，在阵列中心附近的更多较小光电检测器14被设置在单个微透镜36下面。甚至在单个微透镜36下面的光电检测器14的尺寸也能够改变，如图12所示。
应理解的是本发明不限于上文所述和在本文中举例说明的（一个或多个）实施例，而是涵盖落在所附权利要求的范围内的任何和所有变化。例如，在本文中对本发明的参考并不意图限制任何权利要求或权利要求项的范围，而是替代地仅仅对可以被权利要求中的一个或多个覆盖的一个或多个特征进行参考。上文所述的材料、过程和数值示例仅仅是示例性的，并且不应将其视为限制权利要求。此外，如从权利要求和说明书显而易见的，并不是需要按照举例说明或要求保护的精确顺序执行所有方法步骤，而是按照允许适当地形成本发明的已封装图像传感器芯片的任何顺序。可以将滤色器34和/或微透镜36设置在辅助腔体30中而不是腔体28中。可以将单层材料形成为多层此类或类似材料且反之亦然，并且可以将单个部件形成为多个部件且反之亦然。例如，图16举例说明图14的实施例的替换实施例，其中，用具有在其上和下表面上形成的整体地形成的透镜部分102的单体透镜衬底100来替换透镜组件48。可以将此单体透镜与本文所述的任何实施例一起使用。
应注意的是本文所使用的术语“在...之上”和“在...上面”两者包含地包括“直接在...上面”（在其之间未设置中间材料、元件或空间）和“间接地在...上面”（在其之间设置有中间材料、元件或空间）。同样地，术语“邻近”包括“直接邻近”（在其之间未设置中间材料、元件或空间）和“间接地邻近”（在其之间设置有中间材料、元件或空间），“被安装到”包括“被直接安装到”（在其之间未设置中间材料、元件或空间）和“被间接地安装到”（在其之间设置有中间材料、元件或空间），并且“电耦合”包括“直接地电耦合到”（在其之间没有将元件电连接在一起的中间材料或元件）和“间接地电耦合到”（在其之间具有将元件电连接在一起的中间材料或元件）。例如，“在衬底之上”形成元件包括在其之间没有中间材料/元件的情况下直接在衬底上形成元件以及在其之间具有一个或多个中间材料/元件的情况下间接地在衬底上形成元件。

Claims (14)

1.一种图像传感器器件，包括：
衬底，其包括：
多个光电检测器，其中，所述多个光电检测器的第一部分每个具有比所述多个光电检测器的第二部分中的每个小的横向尺寸；
多个接触焊盘，其被电耦合到光电检测器；
多个滤色器，其每个被设置在光电检测器中的一个之上；
其中，所述多个光电检测器被配置为响应于通过滤色器入射的光产生电子信号；
其中：
所述多个光电检测器被以二维阵列布置在衬底中；
所述多个光电检测器的第一部分被接近于阵列的中心设置；
所述多个光电检测器的第二部分被接近于阵列的周界设置。
2.权利要求1的图像传感器器件，其中：
所述多个光电检测器的第三部分每个具有比所述多个光电检测器的第二部分中的每个小的横向尺寸；
所述多个光电检测器的第三部分每个具有比所述多个光电检测器的第一部分中的每个大的横向尺寸；
所述多个光电检测器的第三部分被设置在所述多个光电检测器的第一和第二部分之间。
3.权利要求1的图像传感器器件，其中，所述多个光电检测器的密度在阵列的中心处比在阵列的周界处大。
4.权利要求1的图像传感器器件，其中，光电检测器中的横向邻近的光电检测器被以遍及阵列基本上相同的间距相互隔开。
5.权利要求1的图像传感器器件，其中，所述衬底具有前和后相对表面，并且所述多个接触焊盘是在前表面处形成的，所述图像传感器器件还包括：
至少一个透镜，其被安装在衬底上以便使光聚焦通过滤色器并到光电检测器上；
多个孔，每个从背表面延伸至接触焊盘中的一个；
装卸器，其被附着于前表面；
主板，其被附着于所述装卸器，其中，所述主板包括多个接触焊盘；以及
多个导线，每个从衬底的接触焊盘中的一个延伸通过孔中的一个至主板的接触焊盘中的一个。
6.权利要求1的图像传感器器件，其中，所述衬底具有前和后相对表面，并且所述多个接触焊盘是在前表面处形成的，所述图像传感器器件还包括：
至少一个透镜，其被安装在衬底上以便使光聚焦通过滤色器并到光电检测器上；
多个孔，每个从背表面延伸至接触焊盘中的一个；
多个导电迹线，每个从接触焊盘中的一个、沿着孔中的一个的侧壁并在衬底的背表面上延伸；以及
主板，其被设置在背表面上并具有多个接触焊盘，其中，衬底的每个接触焊盘被电连接到主板的接触焊盘中的一个。
7.权利要求6的图像传感器器件，其中，所述主板包括设置在腔体上的孔口。
8.权利要求1的图像传感器器件，其中，所述衬底具有前和后相对表面，并且所述多个接触焊盘是在前表面处形成的，所述图像传感器器件还包括：
至少一个透镜，其被安装在衬底上以便使光聚焦通过滤色器并到光电检测器上；
装卸器，其具有在其第一和第二表面之间延伸的通孔；其中，第一表面被附着于前表面，使得每个孔与接触焊盘中的一个对准；
每个孔在其中具有通过孔从一个接触焊盘延伸至第二表面的导电材料。
9.权利要求8的图像传感器器件，还包括：
多个SMT互连，其中的每一个被附着于第二表面处的孔中的一个的导电材料并与之电连接。
10.权利要求1的图像传感器器件，还包括：
多个微透镜，其被设置在光电检测器上。
11.权利要求10的图像传感器器件，其中，所述多个微透镜中的每一个被设置在光电检测器中的仅一个上。
12.权利要求10的图像传感器器件，还包括：
其中，所述多个微透镜的第一部分中的每一个被设置在所述多个光电检测器的第一预定数目的第一部分上；
其中，所述多个微透镜的第二部分中的每一个被设置在第二预定数目的第二部分光电检测器上；以及
其中，所述第一预定数目不同于所述第二预定数目。
13.权利要求12的图像传感器器件，其中，所述第一预定数目大于所述第二预定数目。
14.权利要求10的图像传感器器件，还包括：
在微透镜上面或在滤色器下面的防反射涂层。
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