CN105280650A - 图像传感器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器及其制作方法，该图像传感器包括，一感测层、一滤光单元以及一微透镜。上述滤光单元设置于上述感测层上，且上述微透镜设置于上述滤光单元上。上述滤光单元具有一渐变折射率，由此增进了图像传感器的感光度。

Description

图像传感器及其制作方法
技术领域
本发明主要涉及一种图像传感器，尤其涉及一种具有滤光单元的图像传感器。
背景技术
一般而言，数字相机利用图像传感器来感测光线并产生一图像信号，且依据图像信号来产生数字相机所拍摄的图像。
然而，随着数字相机的发展，已对于图像信号的品质具有高度的要求，尤其是当数字相机使用于一低亮度环境下时，图像信号的品质对于最后所呈现的图像是十分重要的。
现今，虽然图像传感器已经具备了一般的要求，但无法完全地满足于所有方面，因此应需对于图像传感器进行改进。
发明内容
本发明提供了一种图像传感器以及一种图像传感器的制作方法，用以增进图像传感器所产生的图像信号的品质。
本发明提供了一种图像传感器，包括一感测层、一滤光单元、以及一微透镜。滤光单元设置于感测层上，且微透镜设置于滤光单元上，其中滤光单元具有一渐变折射率。
本发明包括一图像传感器的制作方法，包括形成滤光单元至一感测层；照射光束至滤光单元以于滤光单元形成渐变折射率；以及形成微透镜至滤光单元。
本发明另提供了一种图像传感器的制作方法，包括通过叠置多层材料以于感测层上形成滤光单元；形成微透镜至滤光单元。上述滤光单元具有一渐变折射率，且每一材料具有一折射率低于其下的材料的折射率。
综上所述，本发明的图像传感器的感光度通过具有渐变折射率的滤光单元而被增强。因此，尤其在一低亮度的环境下，改进了图像传感器所产生的图像信号。
附图说明
图1为本发明的图像传感器的俯视图。
图2为本发明的第一实施例的图像传感器的剖视图。
图3为本发明的第一实施例的图像传感器的制作方法的流程图。
图4为本发明的第一实施例的图像传感器的制作方法于一工艺中间阶段的示意图。
图5为本发明的第一实施例的滤光单元于一工艺中间阶段的俯视图。
图6为为本发明的第二实施例的滤光单元于一工艺中间阶段的俯视图。
图7为本发明的第三实施例的图像传感器的制作方法的流程图。
图8为本发明的第三实施例的图像传感器的制作方法于一工艺中间阶段的示意图。
图9为本发明的第三实施例的图像传感器的剖视图。
图10为本发明的第四实施例的图像传感器的制作方法的流程图。
图11为本发明的第四实施例的图像传感器的剖视图。
图12为本发明的第五实施例的图像传感器的剖视图。
图13为本发明的第六实施例的图像传感器的剖视图。
上述附图中的附图标记说明如下：
1图像传感器
10感测层
11感测单元
20滤光层
21滤光单元
21a红色滤光单元
21b绿色滤光单元
21c蓝色滤光单元
211侧壁
212顶面
213底面
30微透镜
A1光源
AX1中央垂直轴
B1光掩模
B11孔洞
D1照射方向
L1光束
M1材料(块状材料)
M2、M3材料
S1分界面
Z1第一区域(中央区域)
Z2第二区域
Z3第三区域
具体实施方式
图1为本发明的图像传感器1的俯视图。图2为本发明的第一实施例的图像传感器1的剖视图。图像传感器1可应用于一图像装置，例如一数字相机。图像传感器1用以感测光线并用以根据照射于图像传感器1的光线产生一图像信号。
图像传感器1包括一感测层10、一滤光层20、以及多个微透镜30。滤光层20设置于感测层10上。微透镜30以阵列的方式设置于滤光层20上。
再者，感测层10包括多个以阵列排列的感测单元11。于一些实施例中，感测单元11为光电二极管(photodiode)。于一些实施例中，感测层10还包括一防漏光层(anti-leakagelayer)、一防反射层(anti-reflectionlayer)、及/或其他选择性的层(图未示)。滤光层20包括多个以阵列排列的滤光单元21。每一滤光单元21设置于感测单元11之上，且每一微透镜30设置于滤光单元21中的一个上。
当光线照射于图像传感器1时，光线通过微透镜30以及滤光单元21至感测单元11。光线经由微透镜30聚焦。每一滤光单元21允许具有特定波长范围的光线通过。每一感测单元11根据照射于感测单元11的光线的强度产生一强度信号，且上述强度信号形成一图像信号。
滤光单元21可为彩色滤光单元。举例而言，如图1所示，滤光单元21包括多个红色滤光单元21a、多个绿色滤光单元21b、以及多个蓝色滤光单元21c。红色滤光单元21a、绿色滤光单元21b、以及蓝色滤光单元21c彼此交替排列。红色滤光单元21a可允许波长为620nm至750nm的光线通过。绿色滤光单元21b可允许波长为495nm至570nm的光线通过。蓝色滤光单元21c可允许波长为476nm至495nm的光线通过。
滤光单元21包括光聚合物。每一滤光单元21具有一渐变折射率。渐变折射率约为1.4至1.9之间。渐变折射率具有一最大值以及一最小值，且最大值和最小值之间的差值约为0.07至0.5之间。于一些实施例中，最大值约为1.5至1.9之间，且最小值约为1.4至1.8之间。
如图2所示，渐变折射率以滤光单元21的中央垂直轴AX1为中心对称。中央垂直轴AX1垂直于感测层10与滤光层20之间的一分界面S1。感测层10以及滤光层20平行于分界面S1。
于一些实施例中，邻接于中央垂直轴AX1的渐变折射率大于邻接于滤光单元21的一侧壁211的渐变折射率。侧壁211垂直于分界面S1。换句话说，位于或邻接于中央垂直轴AX1的渐变折射率具有最大值。位于或邻接于侧壁211的渐变折射率具有最小值。
举例而言，滤光单元21具有一第一区域Z1、一第二区域Z2以及一第三区域Z3。第一区域(中央区域)Z1位于中央垂直轴AX1(或滤光单元21的中央)，且具有一第一平均折射率。第二区域Z2位于第一区域Z1以及第三区域Z3之间，且具有一第二平均折射率。第三区域Z3邻接于滤光单元21的侧壁211，且具有一第三平均折射率。
第一平均折射率大于第二平均折射率，且第二平均折射率大于第三平均折射率。举例而言，第一平均折射率大约为1.7、第二平均折射率大约为1.65、且第三平均折射率大约为1.60。
微透镜30包括光聚合物。微透镜30具有一单一折射率。微透镜30的折射率大约为1.4至1.9之间。
图3为本发明的第一实施例的图像传感器的制作方法的流程图。图4为本发明的第一实施例的图像传感器的制作方法于一工艺中间阶段的示意图。于步骤S101中，滤光层20的滤光单元21形成于感测层10上。于步骤S103中，一光束L1经过一光掩模B1照射于滤光单元21，以于每一滤光单元21形成渐变折射率。于步骤S105中，如图1、图2所示，微透镜30形成于滤光单元21上。
于上述步骤S103中，如图4所示，光源A1设置于滤光层20的上方。光掩模B1设置于滤光层20的上方，且位于光源A1以及滤光层20之间。光源A1沿一照射方向D1发射光束L1。照射方向D1平行于中央垂直轴AX1，且垂直于分界面S1。
光掩模B1垂直于照射方向D1，且平行于分界面S1。光掩模B1具有多个沿照射方向D1延伸的孔洞B11。每一孔洞B11对应于滤光单元21的中央区域Z1(第一区域)中的一个。如图4所示，孔洞B11以及中央区域Z1位于中央垂直轴AX1。
光束L1照射于光掩模B1且通过孔洞B11后，照射于滤光层20的滤光单元21。
于一些实施例中，滤光单元21包括光聚合物。当光束L1照射于滤光单元21时，光聚合物产生一化学反应，且滤光单元21的折射率根据光束L1的强度改变。
如图4所示，照射于滤光单元21的光束L1的强度由中央区域Z1至侧壁211逐渐递减，且因此滤光单元21具有渐变折射率，其以滤光单元21的中央垂直轴AX1为中心对称。再者，渐变折射率由中央垂直轴AX1至滤光单元21的侧壁211逐渐递减。换句话说，由于照射于第一区域Z1的光束L1的强度较强，且照射于第三区域Z3的光束L1的强度较弱，第一区域Z1的第一平均折射率大于第三区域Z3的第三平均折射率。
图5为本发明的第一实施例的滤光单元21于一工艺中间阶段的俯视图。于此实施例中，孔洞B11具有一狭窄形状或是一矩形。如图4、图5所示，第一区域Z1、第二区域Z2、以及第三区域Z3为矩形，且相互平行。
图6为本发明的第二实施例的滤光单元21于一工艺中间阶段的俯视图。于此实施例中，孔洞B11为一圆形。如图4、图6所示，第一区域Z1为沿中央垂直轴AX1延伸的一圆柱形。第二区域Z2环绕于第一区域Z1，且第三区域Z3环绕于第二区域Z2。
图7为本发明的第三实施例的图像传感器的制作方法的流程图。图8为本发明的第三实施例的图像传感器的制作方法于一工艺中间阶段的示意图。图9为本发明的第三实施例的图像传感器1的剖视图。
于步骤S201中，滤光层20的滤光单元21形成于感测层10上。于步骤S203中，均匀地照射一光束L1于滤光单元21上以于滤光单元21形成渐变折射率。
如图8所示，光源A1设置于滤光层20上方。光源A1沿照射方向D1均匀地照射光束L1至滤光层20的滤光单元21。
每一滤光单元21具有一顶面212以及相反于顶面212的一底面213。顶面212朝向光源A1且平行于分界面S1。底面213位于分界面S1，且位于感测层10上。由于照射于滤光单元21的光束L1的强度由顶面212至底面213逐渐递减，渐变折射率由底面213至顶面212逐渐增加。
于步骤S205中，如图9所示，微透镜30形成于滤光单元21上。顶面212连接于微透镜30。第一区域Z1邻接于感测层10。第三区域Z3邻接于微透镜30。第三区域Z3位于第一区域Z1以及第二区域Z2之间。第一区域Z1、第二区域Z2、以及第三区域Z3为层状结构且相互叠置。第一区域Z1、第二区域Z2、以及第三区域Z3相互平行，且平行于分界面S1。
于一些实施例中，第一区域Z1的第一平均折射率大于第二区域Z2的第二平均折射率，且第二平均折射率大于第三区域Z3的第三平均折射率。
图10为本发明的第四实施例的图像传感器的制作方法的流程图。图11为本发明的第四实施例的图像传感器1的剖视图。
于步骤S301中，通过叠置多层材料M1、M2、M3以于感测层10上形成滤光层20的滤光单元21。于一些实施例中，材料M1、M2、M3可由化学气相沉积(CVD)工艺所形成。于步骤S302中，微透镜30形成于滤光单元21上。
如图11所示，滤光单元21包括叠置的材料M1、M2、M3，且材料M1、M2、M3为层状结构。材料M2叠置于材料M1，且材料M3叠置于材料M2。材料M1连接于感测层10，且材料M3连接于微透镜30。材料M2位于材料M1以及材料M3之间。
每一材料M1、M2、M3具有不同邻接的材料的一折射率。于此实施例中，每一材料M2、M3的折射率小于其下的材料的折射率。举例而言，材料M1的折射率大约为1.7、材料M2的折射率大约为1.65、且材料M3的折射率大约为1.6。于一些实施例中，材料M1、M2、M3为不同的材料。
图12为本发明的第五实施例的图像传感器1的剖视图。如图12所示，材料M1为一块状材料，位于材料M2以及M3的下方，且因此材料M2、M3的形状对应于块状材料M1的轮廓。于此实施例中，材料M1、M2、M3具有弧形轮廓。
图13为本发明的第六实施例的图像传感器1的剖视图。第六实施例与第五实施例的差异在于，于第六实施例中材料M1、M2、M3具有多边形的轮廓。
通过滤光单元21，举例而言，当渐变折射率的最大值以及最小值之间的差值约为0.1时，量子效率峰值(QuantumEfficiencyPeak,QE峰值)增进了2.7％至5.4％。一般而言，量子效率可为图像传感器的入射光子对于转换电子的比值(incidentphotontoconvertedelectronratio,IPCEratio)，且较大的量子效率对应于较大的图像传感器的感光度。举例而言，绿色滤光单元21b的感光度对于3200K的光线约改进了0.3％。因此，于本发明中改进了图像传感器1的感光度。
再者，举例而言，被蓝光所照射的绿色滤光单元21b的串扰(crosstalk)值约改进了5％至9％。被绿光所照射的红色滤光单元21a的串扰值约改进了1％至2％。被绿光所照射的蓝色滤光单元21c的串扰值约改进了0.6％至2％。因此，于本发明中改进了图像传感器1所产生的图像信号的品质。
综上所述，本发明的图像传感器的感光度通过具有渐变折射率的滤光单元而被增强。因此，尤其在一低亮度的环境下，改进了图像传感器所产生的图像信号。
本发明虽以各种实施例揭示如上，然而其仅为范例参考而非用以限定本发明的范围，任何本领域普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰。因此上述实施例并非用以限定本发明的范围，本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种图像传感器，包括：
一感测层；
一滤光单元，设置于上述感测层；以及
一微透镜，设置于上述滤光单元，
其中上述滤光单元具有一渐变折射率。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中上述渐变折射率为大约为1.4至1.9之间，上述渐变折射率具有一最大值以及一最小值，且上述最大值和上述最小值之间的差值为大约为0.07至0.5之间范围内。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其中上述渐变折射率为对称的，且由上述滤光单元的一中央垂直轴至上述滤光单元的一侧壁逐渐递减。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中上述滤光单元具有设置于上述感测层的一底面以及相反于上述底面的一顶面，上述顶面连接于上述微透镜，且上述渐变折射率由上述底面至上述顶面逐渐增加。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中上述滤光单元包括多个叠置的材料，且每一上述材料具有低于其下方的材料的一折射率。
6.如权利要求5所述的图像传感器，其中上述滤光单元还包括一块状材料，位于上述材料的下方，且上述材料的形状对应于上述块状材料的轮廓。
7.一种图像传感器的制作方法，包括：
于一感测层上形成一滤光单元；以及
于上述滤光单元上形成一微透镜，
其中上述滤光单元具有一渐变折射率。
8.如权利要求7所述的图像传感器的制作方法，包括照射一光束至上述滤光单元以于上述滤光单元形成上述渐变折射率。
9.如权利要求8所述的图像传感器的制作方法，包括照射上述光束经过一光掩模至上述滤光单元，其中上述光掩模具有对应于上述滤光单元的一中央区域的一孔洞，上述渐变折射率为对称的，且由上述滤光单元的一中央垂直轴至上述滤光单元的一侧壁逐渐递减。
10.如权利要求8所述的图像传感器的制作方法，包括均匀地照射上述光束至上述滤光单元，上述渐变折射率由上述滤光单元的一底面至上述滤光单元的一顶面逐渐增加，且上述底面位于上述感测层上。
11.如权利要求7所述的图像传感器的制作方法，包括通过叠置多层材料以于上述感测层上形成上述滤光单元，其中每一上述材料具有低于其下的材料的一折射率。
12.如权利要求11所述的图像传感器的制作方法，还包括一块状材料，位于上述材料的下方，上述材料的形状对应于上述块状材料的轮廓，且上述材料具有弧状或是多边形的轮廓。
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