CN104934454A - 具有微透镜的图像传感器 - Google Patents
具有微透镜的图像传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104934454A CN104934454A CN201510102498.7A CN201510102498A CN104934454A CN 104934454 A CN104934454 A CN 104934454A CN 201510102498 A CN201510102498 A CN 201510102498A CN 104934454 A CN104934454 A CN 104934454A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- imageing sensor
- lenticule
- light
- ground floor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 12
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 27
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000003389 potentiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14621—Colour filter arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14645—Colour imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
一种图像传感器包括：滤色器，其适于使特定颜色的光通过；微透镜，其形成在滤色器之下，并且被配置具有多个层，其中上层具有比下层更小的面积；以及光电器件，其形成在微透镜之下，以及被配置成接收穿过微透镜的光并且将接收的光转换成电信号。
Description
技术领域
实施例涉及一种用于获取图像的图像传感器，且更具体而言，涉及一种利用微透镜来获取图像的图像传感器。
背景技术
随着数字技术的发展，利用数字技术的数字设备，诸如数码照相机、移动电话、游戏机和微型照相机已经迅速地扩展。大部分的数字设备包括用于获取图像所需的图像传感器。
图像传感器用于感测或获取图像。例如，图像传感器将从外部输入的图像转换成电信号，并且将电信号传送至以数字方式处理图像的数字处理器。图像传感器可以包括：电荷耦合器件(CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等。
CMOS图像传感器包括CMOS晶体管。CMOS晶体管以P沟道金属氧化物半导体(MOS)晶体管和N沟道MOS晶体管的组合来配置。由于CMOS晶体管具有高集成度和低功耗，所以CMOS晶体管可以被配置在一个集成电路器件中。
这种图像传感器接收从外部入射的光，以及产生并储存光电荷。可以使用滤色器来仅通过特定颜色的光。即，滤色器可以包括三种滤色器，诸如红色、绿色和蓝色滤色器或者黄色、洋红色和青色滤色器。
然而，当从外部入射至图像传感器上的光具有大的入射角时，照相设备的表面的反射因数可能增加而降低光效率。此外，根据入射角，入射至光电设备上的光的焦点可能改变而降低重现图像时的清晰度。
发明内容
实施例提供了一种能够提高聚光效率的图像传感器。
根据实施例的一个方面，一种图像传感器包括：滤色器，其被配置成使从外部入射的光中的特定颜色的光通过；微透镜，其形成在滤色器之下，并且被配置成上层具有比下层更小面积的多个层；以及光电二极管，其形成在微透镜之下，以及被配置成接收穿过微透镜的光，并且将接收到的光转换成电信号。
微透镜可以由氮化硅(SiN)和氧化物中的至少一种形成。在微透镜与相邻的微透镜之间，可以形成氧化物层以将微透镜隔离。
微透镜可以包括：第一层，其形成在最上部；第二层，其形成在第一层之下，并且具有比第一层更大的面积；以及第三层，其形成在第二层之下，并且具有比第二层更大的面积。
第二层可以具有比第一层更大的厚度，第三层可以具有比第二层更大的厚度。上层可以位于下层的中心。
图像传感器还可以包括：抗反射膜，其形成在微透镜与光电二极管之间，并且被配置成防止从微透镜射出的光的反射。
上层和下层可以形成为矩形形状。
根据实施例的另一个方面，一种图像传感器包括：形成在被配置成将入射光转换成电信号的光电二极管之上的微透镜，其被配置成将从外部入射的光会聚到一个点中，并且将会聚的光传送至光电二极管。微透镜包括：圆形的第一层，其形成在最上部；圆形的第二层，其形成在第一层之下并且具有比第一层更大的面积；以及矩形的第三层，其形成在第二层之下，并且具有比第二层更大的面积。
第二层可以具有比第一层更大的厚度，第三层可以具有比第二层更大的厚度。
第一层可以位于第二层的中心，第二层可以位于第三层的中心。
附图说明
从如下结合附图的详细描述中，实施例的以上目标和其他的特征和优点将变得更加清楚，其中：
图1是根据一个实施例的CMOS图像传感器的框图；
图2是图1中所示的像素阵列的平面图；
图3是图2中所示的像素阵列的一部分的横向截面图；
图4是图3中所示的微透镜的第一实施例的立体图；
图5是用于解释图3中所示的滤色器、微透镜以及抗反射膜的尺寸的横向截面图；
图6是图3中所示的微透镜的第二实施例的立体图；
图7是图3中所示的微透镜的第三实施例的平面图；
图8A图示了外部光入射在图像传感器的正面上的状态；
图8B是比较性地图示当外部光入射在图像传感器的正面上时，现有技术的图像传感器的光学特性与根据实施例的图像传感器的光学特性的曲线图。
图9A图示了外部光倾斜地入射在图像传感器上的状态；
图9B是比较性地图示当外部光倾斜地入射时，现有技术的图像传感器的光学特性与根据实施例的图像传感器的光学特性的曲线图；
图10A至图10C是用于比较当外部光入射在图像传感器的正面上时，现有技术的图像传感器的传输特性与根据实施例的图像传感器的传输特性的图像；
图11A至图11C是用于比较当外部光倾斜地入射时，现有技术的图像传感器的传输特性与根据实施例的图像传感器的传输特性的图像；
图12A至图12C是图示当外部光入射在图像传感器的正面上时，现有技术的图像传感器的光强度与根据实施例的图像传感器的光强度的图像；
图13A至图13C是图示当外部光入射在图像传感器的正面时，现有技术的图像传感器的归一化的光强度与根据实施例的图像传感器的归一化的光强度的图像；以及
图14A和图14B图示了光学特性根据图4和图5中所示的第二层的厚度的变化。
具体实施方式
现在将更加详细地参照实施例，实施例的实例在附图中示出。只要有可能，相同的附图标记将在附图和说明书中用于表示相同或相似的部分。
图1是根据一个实施例的CMOS图像传感器的框图。参见图1，CMOS图像传感器101包括形成在半导体衬底105之上的像素阵列111、地址译码器121、列缓冲器131、模数转换器(ADC)141以及控制器151。
像素阵列111包括多个光感测器件，即多个光电器件。光电器件可以被配置成具有光电晶体管、光电二极管、光电栅(photo gate)、钉扎光电二极管(pinned photo diode)等。所述多个光电器件被布置成矩阵形式。将参照图2来详细地描述像素阵列的结构。
地址译码器121将从控制器151中接收的地址信号译码，并且在像素阵列111包括的多个光电器件之中指定与地址信号相对应的光电器件。
列缓冲器131受到从控制器151输出的信号的控制，来缓冲从像素阵列111以列的方式输入的信号，以及输出缓冲的信号。
ADC 141接收从列缓冲器131输出的信号，将接收到的信号转换成数字信号，以及将数字信号传送至控制器151。
控制器151接收从外部输入的信号，并且控制地址译码器121、列缓冲器131和ADC141。此外，控制器151接收从ADC 141输出的信号，将接收到的数字信号传送至诸如显示器的外部设备以储存或显示图像。
图2是图1中所示的像素阵列111的平面图。参见图2，像素阵列111分成有源像素区211和光阻挡区221。
有源像素区211感测从外部入射的光，将感测的光转换成电信号，以及将电信号输出至图1中的列缓冲器131。有源像素区211包括多个主光感测器件，例如布置成矩阵形式的多个主光电器件。
光阻挡区221设置成包围有源像素区211。光阻挡区221用于阻挡从外部进入的光，以及测试并评估有源像素区211的电学特性。例如，光阻挡区221测试并评估由暗电流引起的暗噪声，以及基于评估结果来补偿与有源像素区211中的主光电器件的暗电流相对应的电流值，由此防止在图像传感器中出现暗噪声。
图3是图2中所示的像素阵列的一部分的横向截面图。参见图3，像素阵列具有滤色器311、微透镜321、抗反射膜331和光电器件341在从上至下移动方向上顺序地形成的结构。
滤色器311具有过滤器，所述过滤器被配置成在从外部入射的光中阻挡紫外光和红外光，并且仅通过可见光。滤色器可以包括用于仅通过可见光中的红色的红色过滤器、用于仅通过可见光中的绿色的绿色过滤器、用于仅通过可见光中的蓝色的蓝色过滤器、或者它们的组合。在另一个实施例中，滤色器321可以包括青色过滤器、黄色过滤器、洋红色过滤器、或者它们的组合。
微透镜321用于会聚穿过滤色器311的特定颜色的光。微透镜321可以由绝缘体327，例如，氮化硅(SiN)或者氧化硅(SiO2)形成。将参照图4至图7来详细地描述微透镜321。在下文中，为了便于解释，绝缘体327还可以被称作为氧化物层327。
在微透镜321与相邻的微透镜(未示出)之间，形成氧化物层327。氧化物层327将微透镜321部分地隔离，使得相邻的微透镜321不彼此干扰。
抗反射膜331用于防止从微透镜321射出的光从光电器件341的表面反射。因而，从光电器件341的表面反射的光可以重新导向至光电器件341。抗反射膜331可以施加至光电器件341的表面上，以通过减少从光电器件341的表面反射的光来增加光电器件341的聚光效率，并且消除由反射的光引起的干扰或漫射。抗反射膜331可以通过利用真空沉积方法等将光电器件341的表面用具有小折射率的电介质材料涂覆来形成。例如，抗反射膜331可以由氧化物或氮化硅形成，并且具有60nm的厚度。
光电器件341接收穿过抗反射膜331或者由抗反射膜331反射的光，将接收的光转换成电信号，以及将电信号输出至图1中的控制器151或者外部设备。由于用于将光转换成电信号的光电器件341的功能是公知的技术，所以省略其详细描述。
图4是图3中所示的微透镜321的立体图。图5是用于解释图3中所示的滤色器311、微透镜321和抗反射膜331的尺寸的横向截面图。
参见图4和图5，微透镜321具有多阶梯结构。例如，微透镜321包括多个层，例如第一层323至第三层325。
第一层323形成为圆形形状，并且在三个层323至325之中具有最小的面积。
第二层324形成为圆形形状，并且具有比第一层323更大的面积且比第三层325更小的面积。
用作例如引导层的第三层325形成为矩形形状，并且在三个层323至325之中具有最大的面积。
第二层324可以形成为具有比第一层323的厚度T1更大的厚度T2，第三层325可以形成为具有比第二层324的厚度T2更大的厚度T3。照此，当第二层324具有比第一层323更大的厚度时，可以改善微透镜的光学特性。
第一层323和第二层324的厚度与第三层325的厚度成反比。即，当第一层323和第二层324具有大的厚度时，第三层325需要具有小的厚度，而当第一层323和第二层324具有小的厚度时，第三层325需要具有大的厚度。这是因为当第一层323和第二层324具有大的厚度时，从外部入射的光的焦距减小，而当第一层323和第二层324具有小的厚度时，从外部入射的光的焦距增大。
图14A和图14B图示了光学特性根据第二层324的厚度变化。即，图14A图示了当第二层324的厚度为450nm(水平轴的T1)时，红光1411、绿光1421和蓝光1431的光传输效率(垂直轴)。图14B图示了当第二层324的厚度为450nm(水平轴的T1)时，红光1411、绿光1421和蓝光1431的串扰(垂直轴)。
图14A和图14B表示出当第一层323具有比第二层324更大的厚度时，例如，当第二层324的厚度为450nm时，可以显著地改善根据实施例的微透镜的光学特性(红光、绿光和蓝光的光传输效率和串扰)。
第二层324的长度或宽度L2比第一层323的长度或宽度L1更大，第三层325的长度或宽度L3比第二层324的长度或宽度L2更大。
滤色器311具有与第三层325相同的长度。
第一层323可以与第二层324平行地延伸。
第一层323至第三层325可以包括氮化硅(SiN)或者氧化硅(SiO2)。例如，第一层323和第二层324可以包括SiN，而第三层325可以包括氧化物。当第三层325由SiN形成时，与第三层325由氧化物形成时相比，光吸收性对于红光可降低2.2％，对于绿光可降低1.4％，或对于蓝光可降低4.0％。此外，与第三层325由氧化物形成时相比，光传输性对于红光可降低-1.8％，对于绿光可降低-1.5％，或者对于蓝光可降低3.8％。
抗反射层331可以形成为具有比第一层323的厚度T1或者第二层324的厚度T2更小的厚度T5。
第一层323大体形成在第二层324的中心，第二层324大体形成在第三层325的中心。第三层325大体形成在图3的光电器件341的整个表面之上。
根据实施例的微透镜211的数值不是限制性的。
在另一个实施例中，诸如以上所呈现的厚度和长度的数值可以根据环境、设计和应用来修改。此外，用于微透镜的材料也可以根据应用而用另外的材料来代替。
图6是图3中所示的微透镜321的第二实施例的立体图。参见图6，例如，微透镜321具有包括第一层至第三层423、424和325的多阶梯结构。
第一层423形成为矩形形状，并且在三个层423、424和325之中具有最小的面积。
第二层424形成为矩形形状，并且具有比第一层423更大的面积且比第三层325更小的面积。
第三层325形成为矩形形状，并且在三个层423、424、325之中具有最大的面积。
第一层至第三层423、424和325可以形成具有如图5中所示的相同的厚度。
第一层423大体地形成在第二层424的中心，第二层424大体地形成在第三层325的中心，以及第三层325大体地形成在图3的光电器件341的整个表面之上。
第一层423可以设置成与第二层424平行。
图7是图3中所示的微透镜321的第三实施例的平面图。参见图7，例如，微透镜321具有包括第一层至第三层523、524和325的多阶梯结构。
第一层523形成为菱形形状，并且在三个层523、524和325之中具有最小的面积。
第二层524形成为菱形形状，以及具有比第一层523更大的面积且比第三层325更小的面积。
第三层325形成为矩形形状，并且在三个层523、524和325之中具有最大的面积。
第一层至第三层523、524和325可以被形成为具有与图5中所示的相同的厚度。
第一层523形成在第二层524的中心，第二层524形成在第三层325的中心，第三层325形成在图3的光电器件341的整个表面之上。
第一层523可以分别与第二层524平行。
在另一个实施例中，微透镜321的第一层和第二层可以形成为诸如三角形和六角形的各种形状。
图4至图7图示了微透镜321仅包括三个层，即第一层至第三层。然而，微透镜321可以包括两个层或四个或更多个层。相应层的厚度可以根据微透镜321的结构来适当地设定。
图8A图示了外部光以直角入射在图像传感器211的正面上的状态。图8B是比较性地图示当外部光入射在图像传感器的正面上时，现有技术中的图像传感器的光学特性与根据实施例的图3中的图像传感器211的光学特性的曲线图。即，图8B图示了当外部光入射在滤色器211的正面上时产生的蓝光、绿光和红光的透射率。在图8B中，实线表示根据实施例的图3中的图像传感器211的透射率，而虚线表示现有技术的图像传感器的透射率。
图8B表示出根据实施例的图像传感器211中的蓝光的透射率B2、绿光的透射率G2以及红光的透射率R2比现有技术的图像传感器中的蓝光的透射率B1、绿光的透射率G1以及红光的透射率R1更高。
照此，当外部光入射在图像传感器211的正面上时，根据实施例的图像传感器211中的蓝光、绿光和红光的透射率比现有技术的图像传感器中更高。
图9A图示了外部光倾斜地入射在图像传感器211的状态。图9B是比较性地图示当外部光倾斜地入射时，现有技术的图像传感器的光学特性与根据实施例的图像传感器211的光学特性的曲线图。即，图9B图示了当外部光倾斜地入射在图像传感器211上时产生的蓝光、绿光和红光的透射率。在图9B中，实线表示根据实施例的图像传感器211的透射率，而虚线表示现有技术的图像传感器的透射率。
图9B表示了根据实施例的图像传感器211中的蓝光的透射率B2、绿光的透射率G2以及红光的透射率R2比现有技术的图像传感器中的蓝光的透射率B1、绿光的透射率G1以及红光的透射率R1更高。
照此，即使当外部光倾斜地入射在图像传感器211上，即，即使当外部光以特定的入射角入射时，根据实施例的图像传感器211中的蓝光、绿光和红光的透射率也比现有技术的图像传感器更高。
图10A至图10C是用于比较当外部光以直角入射在图像传感器的正面上时，现有技术的图像传感器的传输特性和根据实施例的图像传感器211的传输特性的图像。具体地，图10A图示了红光的传输特性，图10B图示了绿光的传输特性，图10C图示了蓝光的传输特性。此外，图10A至图10C的左侧图像图示了现有技术的图像传感器的传输特性，图10A至图10C的右侧图像图示了根据实施例的图像传感器211的传输特性。
参见图10A至图10C，在现有技术的图像传感器中，从外部入射的光(红光、绿光或蓝光)未准确地聚集在光电器件的表面的一点上，如由箭头所示。然而，在根据实施例的图像传感器211中，从外部入射的光(红光、绿光或蓝光)准确地聚集在光电器件的表面的一点上，如由箭头所示。
照此，根据实施例的图像传感器211的传输特性比现有技术的图像传感器的传输特性更好。
图11A至图11C是用于比较当外部光倾斜地入射时，现有技术的图像传感器的传输特性与根据实施例的图像传感器211的传输特性的图像。具体地，图11A图示了红光的传输特性，图11B图示了绿光的传输特性，以及图11C图示了蓝光的传输特性。此外，图11A至图11C中的左侧图像图示了现有技术的图像传感器的传输特性，以及图11A至图11C中的右侧图像图示了根据实施例的图像传感器211的传输特性。
参见图11A至图11C，在现有技术的图像传感器中，从外部入射的光(红光、绿光或蓝光)未准确地聚集在光电器件的表面的一个点上，如由箭头所示。然而，在根据实施例的图像传感器211中，光(红光、绿光或蓝光)的强度聚集在光电二极管的表面的一个点上，如由箭头所示。
照此，即使外部光倾斜地进入，根据实施例的图像传感器211的传输特性也比现有技术的图像传感器的传输特性更好。
图12A至图12C是图示当外部光以直角入射在图像传感器的正面上时，现有技术的图像传感器的光强度与根据实施例的图像传感器211的光强度的图像。图12A至图12C图示了光穿过的图像传感器的表面。具体地，图12A图示了红光的强度，图12B图示了绿光的强度，以及图12C图示了蓝光的强度。此外，图12A至图12C的右侧图像图示了现有技术的图像传感器的强度，以及图12A至图12C的左侧图像图示了根据实施例的图像传感器211的强度。
参见图12A至图12C，在现有技术的图像传感器中，从外部入射的光(红光、绿光或蓝光)未准确地聚集在光电器件的表面的一点上，而是如由箭头所示扩张地分布。然而，在根据实施例的图像传感器211中，从外部入射的光(红光、绿光或蓝光)准确地聚集在光电器件的表面的一点上。
照此，根据实施例的图像传感器211的聚光特性比现有技术的图像传感器更好。即，根据实施例的图像传感器211具有比现有技术的图像传感器更高的聚光效率。
图13A至图13C是图示当外部光以直角入射在图像传感器的正面上时，现有技术的图像传感器与根据实施例的图像传感器211的归一化的光聚集的图像。图13A至图13C图示了光穿过的图像传感器的表面。具体地，图13A图示了红光的传输特性，图13B图示了绿光的传输特性，以及图13C图示了蓝光的传输特性。此外，图13A至图13C的右侧图像图示了现有技术的图像传感器的传输特性，以及图13A至图13C的左侧图像图示了根据实施例的图像传感器211的传输特性。
参见图13A至图13C，在现有技术的图像传感器中，从外部入射的光(红光、绿光或蓝光)未聚集在光电器件的表面的一点上，而是如由箭头所示扩张地分布。然而，在根据实施例的图像传感器211中，从外部入射的光(红光、绿光或蓝光)准确地聚集在光电器件的表面的一点上。
照此，根据实施例的图像传感器211的光聚集比现有技术的图像传感器更好。即，根据实施例的图像传感器211具有比现有技术的图像传感器更高的聚光效率。
根据实施例，提供在图像传感器中的微透镜可以形成为具有多层结构。
因而，聚光效率可以改善以更可靠地将从外部入射的光聚集成光电器件的表面的一点。此外，即使入射角增加，光电器件的聚光效率也可以显著地提高。
此外，由于微透镜被形成为具有多层结构，在设计图像传感器时，不需要实施复杂的模式。因而，可以简化图像传感器的制造工艺。因此，可以显著地降低图像传感器的制造成本。
此外，由于微透镜的结构不复杂，所以可以改善设计(或者设计余量)的自由度。因而，由于可以利用已有的工艺来制造根据实施例的图像传感器，所以在制造根据实施例的图像传感器中不会引起额外的成本。
通过以上实施例可以看出，本申请提供了以下的技术方案。
技术方案1.一种图像传感器，包括：
滤色器，其适于使特定颜色的光通过；
微透镜，其形成在所述滤色器之下，并且包括多个层，其中上层具有比下层更小的面积；以及
光电器件，其形成在所述微透镜之下，并且适于接收穿过所述微透镜的光，并且将接收的光转换成电信号。
技术方案2.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述微透镜包括氮化硅SiN、氧化硅、或者它们的组合。
技术方案3.如技术方案1所述的图像传感器，还包括：
氧化物层，其提供在所述微透镜与相邻的微透镜之间，并且将所述微透镜隔离。
技术方案4.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述微透镜包括：
第一层；
第二层，其形成在所述第一层之下，并且具有比所述第一层更大的面积；以及
第三层，其形成在所述第二层之下，并且具有比所述第二层更大的面积。
技术方案5.如技术方案4所述的图像传感器，
其中，所述第二层具有比所述第一层更大的厚度，以及
其中，所述第三层具有比所述第二层更大的厚度。
技术方案6.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述上层大体位于所述下层的中心之上。
技术方案7.如技术方案1所述的图像传感器，还包括：
抗反射膜，其形成在所述微透镜与所述光电器件之间，并且适于将从所述微透镜射出的光引导至所述光电器件中。
技术方案8.如技术方案1所述的图像传感器，其中，所述上层和所述下层中的每个形成为矩形形状。
技术方案9.一种图像传感器，包括：
微透镜，其形成在光电器件之上，
其中，所述微透镜适于会聚入射光，并且将会聚的光传送至所述光电器件，
其中，所述微透镜包括：
圆形的第一层；
圆形的第二层，其形成在所述第一层之下，并且具有比所述第一层更大的面积；以及
矩形的第三层，其形成在所述第二层之下，并且具有比所述第二层更大的面积。
技术方案10.如技术方案9所述的图像传感器，其中，所述第二层具有比所述第一层更大的厚度。
技术方案11.如技术方案9所述的图像传感器，其中，所述第三层具有比所述第二层更大的厚度。
技术方案12.如技术方案9所述的图像传感器，
其中，所述第一层大体位于所述第二层的中心之上，以及
其中，所述第二层大体位于所述第三层的中心之上。
技术方案13.一种图像传感器，包括：
滤色器，其接收光；
微透镜，其会聚所述光；以及
光电器件，其将所述光转换成电信号；
其中，所述微透镜包括多层结构，
其中，所述多层结构中的每个层在尺寸上彼此不同，使得所述微透镜被配置成多阶梯结构。
技术方案14.如技术方案13所述的图像传感器，
其中，所述多阶梯结构从底部至顶部在尺寸上逐渐减小。
技术方案15.如技术方案14所述的图像传感器，
其中，所述光经由所述多阶梯结构的顶部进入，并且经由所述多阶梯结构的底部离开。
Claims (10)
1.一种图像传感器，包括：
滤色器，其适于使特定颜色的光通过；
微透镜，其形成在所述滤色器之下，并且包括多个层，其中上层具有比下层更小的面积；以及
光电器件，其形成在所述微透镜之下，并且适于接收穿过所述微透镜的光，并且将接收的光转换成电信号。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述微透镜包括氮化硅SiN、氧化硅、或者它们的组合。
3.如权利要求1所述的图像传感器，还包括：
氧化物层，其提供在所述微透镜与相邻的微透镜之间，并且将所述微透镜隔离。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述微透镜包括：
第一层；
第二层，其形成在所述第一层之下，并且具有比所述第一层更大的面积；以及
第三层，其形成在所述第二层之下，并且具有比所述第二层更大的面积。
5.如权利要求4所述的图像传感器，
其中，所述第二层具有比所述第一层更大的厚度，以及
其中，所述第三层具有比所述第二层更大的厚度。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述上层大体位于所述下层的中心之上。
7.如权利要求1所述的图像传感器，还包括：
抗反射膜，其形成在所述微透镜与所述光电器件之间，并且适于将从所述微透镜射出的光引导至所述光电器件中。
8.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述上层和所述下层中的每个形成为矩形形状。
9.一种图像传感器，包括：
微透镜，其形成在光电器件之上，
其中，所述微透镜适于会聚入射光，并且将会聚的光传送至所述光电器件，
其中，所述微透镜包括：
圆形的第一层；
圆形的第二层，其形成在所述第一层之下，并且具有比所述第一层更大的面积；以及
矩形的第三层，其形成在所述第二层之下，并且具有比所述第二层更大的面积。
10.一种图像传感器，包括：
滤色器，其接收光；
微透镜，其会聚所述光；以及
光电器件，其将所述光转换成电信号；
其中，所述微透镜包括多层结构，
其中，所述多层结构中的每个层在尺寸上彼此不同，使得所述微透镜被配置成多阶梯结构。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2014-0031981 | 2014-03-19 | ||
| KR1020140031981A KR102160237B1 (ko) | 2014-03-19 | 2014-03-19 | 마이크로 렌즈를 갖는 이미지 센서 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104934454A true CN104934454A (zh) | 2015-09-23 |
| CN104934454B CN104934454B (zh) | 2019-06-18 |
Family
ID=54121540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510102498.7A Active CN104934454B (zh) | 2014-03-19 | 2015-03-09 | 具有微透镜的图像传感器 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9673242B2 (zh) |
| KR (1) | KR102160237B1 (zh) |
| CN (1) | CN104934454B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116230728A (zh) * | 2023-03-29 | 2023-06-06 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 感光器件及其形成方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10115757B2 (en) * | 2014-08-22 | 2018-10-30 | SK Hynix Inc. | Image sensor and electronic device having the same |
| EP3460561A1 (en) * | 2017-09-26 | 2019-03-27 | Thomson Licensing | Device for deviating and focusing light |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6665014B1 (en) * | 1998-11-25 | 2003-12-16 | Intel Corporation | Microlens and photodetector |
| CN1773714A (zh) * | 2004-11-09 | 2006-05-17 | 东部亚南半导体株式会社 | Cmos图像传感器及其制造方法 |
| US20070035847A1 (en) * | 2005-08-11 | 2007-02-15 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus providing graded-index microlenses |
| CN101673751A (zh) * | 2008-09-11 | 2010-03-17 | 东部高科股份有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| JP2010287627A (ja) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Canon Inc | 固体撮像装置 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR0147401B1 (ko) * | 1994-02-23 | 1998-08-01 | 구본준 | 고체촬상소자 및 그 제조방법 |
| US5677200A (en) * | 1995-05-12 | 1997-10-14 | Lg Semicond Co., Ltd. | Color charge-coupled device and method of manufacturing the same |
| KR100349644B1 (ko) * | 1999-11-19 | 2002-08-22 | 주식회사 하이닉스반도체 | 산화막 마이크로렌즈 제조 방법 및 그를 이용한 이미지센서의 제조방법 |
| US6821810B1 (en) * | 2000-08-07 | 2004-11-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company | High transmittance overcoat for optimization of long focal length microlens arrays in semiconductor color imagers |
| US6661581B1 (en) * | 2000-09-29 | 2003-12-09 | Rockwell Scientific Company | Graded index microlenses and methods of design and formation |
| KR100638451B1 (ko) | 2000-12-08 | 2006-10-24 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 산화막으로 이루어지는 마이크로 렌즈를 구비하는 이미지센서 및 그 제조 방법 |
| US6818934B1 (en) | 2003-06-24 | 2004-11-16 | Omnivision International Holding Ltd | Image sensor having micro-lens array separated with trench structures and method of making |
| KR100649020B1 (ko) * | 2003-12-31 | 2006-11-24 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| US7078260B2 (en) * | 2003-12-31 | 2006-07-18 | Dongbu Electronics Co., Ltd. | CMOS image sensors and methods for fabricating the same |
| KR100595898B1 (ko) * | 2003-12-31 | 2006-07-03 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| US7264976B2 (en) * | 2005-02-23 | 2007-09-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Advance ridge structure for microlens gapless approach |
| US7968888B2 (en) * | 2005-06-08 | 2011-06-28 | Panasonic Corporation | Solid-state image sensor and manufacturing method thereof |
| US8395686B2 (en) * | 2007-12-06 | 2013-03-12 | Sony Corporation | Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and camera |
| US8097890B2 (en) | 2008-02-11 | 2012-01-17 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with micro-lenses of varying focal lengths |
| JP2012084608A (ja) | 2010-10-07 | 2012-04-26 | Sony Corp | 固体撮像装置とその製造方法、並びに電子機器 |
| KR20140010480A (ko) * | 2012-07-11 | 2014-01-27 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 후면조사형 이미지센서 및 그 제조 방법 |
-
2014
- 2014-03-19 KR KR1020140031981A patent/KR102160237B1/ko active IP Right Grant
- 2014-10-30 US US14/528,687 patent/US9673242B2/en active Active
-
2015
- 2015-03-09 CN CN201510102498.7A patent/CN104934454B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6665014B1 (en) * | 1998-11-25 | 2003-12-16 | Intel Corporation | Microlens and photodetector |
| CN1773714A (zh) * | 2004-11-09 | 2006-05-17 | 东部亚南半导体株式会社 | Cmos图像传感器及其制造方法 |
| US20070035847A1 (en) * | 2005-08-11 | 2007-02-15 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus providing graded-index microlenses |
| CN101673751A (zh) * | 2008-09-11 | 2010-03-17 | 东部高科股份有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| JP2010287627A (ja) * | 2009-06-09 | 2010-12-24 | Canon Inc | 固体撮像装置 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116230728A (zh) * | 2023-03-29 | 2023-06-06 | 上海华虹宏力半导体制造有限公司 | 感光器件及其形成方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9673242B2 (en) | 2017-06-06 |
| US20150270303A1 (en) | 2015-09-24 |
| KR20150109508A (ko) | 2015-10-02 |
| KR102160237B1 (ko) | 2020-09-28 |
| CN104934454B (zh) | 2019-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11671721B2 (en) | Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus | |
| USRE49209E1 (en) | Method of manufacturing image sensor for reducing crosstalk characteristic | |
| US9786714B2 (en) | Solid-state imaging element, method for manufacturing solid-state imaging element, and electronic device | |
| US10510787B2 (en) | Structures and methods of creating clear pixels | |
| CN110034138B (zh) | 图像传感器 | |
| US9525005B2 (en) | Image sensor device, CIS structure, and method for forming the same | |
| KR20110008762A (ko) | 씨모스 이미지 센서의 단위 화소 및 이를 포함하는 씨모스 이미지 센서 | |
| CN102237379B (zh) | 包含具有按比例调整的宽度的金属反射器的图像传感器 | |
| US20110186952A1 (en) | Solid-state imaging device, method of manufacturing thereof, and electronic apparatus | |
| KR20150089644A (ko) | 이미지 센서 및 그 제조 방법 | |
| KR100829378B1 (ko) | 이미지 센서 및 이의 제조 방법 | |
| CN104934454A (zh) | 具有微透镜的图像传感器 | |
| CN104813474A (zh) | 包括颜色微透镜的cmos图像传感器及其制造方法 | |
| US20220293659A1 (en) | Image sensing device | |
| KR20020057277A (ko) | 이중 렌즈를 구비하는 이미지 센서 및 그 제조 방법 | |
| KR20120002701A (ko) | 씨모스 이미지 센서의 단위 화소 어레이 | |
| KR20060062461A (ko) | 적외선 필터가 내장된 이미지센서 | |
| KR20160029642A (ko) | 이미지 센서 및 이를 구비하는 전자장치 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |