CN106898626B - 图像传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请案涉及一种图像传感器及其一种制作方法。一种图像传感器包含多个光电二极管，所述多个光电二极管经布置成阵列且安置于半导体材料中，其中钉扎阱安置于所述多个光电二极管中的个别光电二极管之间。所述图像传感器还包含微透镜层。所述微透镜层接近于所述半导体材料而安置且与所述多个光电二极管光学对准。间隔层安置于所述半导体材料与所述微透镜层之间。所述间隔层跨越所述阵列具有凹形横截面轮廓，且所述微透镜层与所述间隔层的所述凹形横截面轮廓保形。
Description
技术领域
本发明一般来说涉及图像传感器制作，且特定来说(但非排他地)涉及弯曲图像传感器。
背景技术
图像传感器已变得普遍存在。其广泛用于数字静态相机、蜂窝式电话、安全摄影机以及医学、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器的技术一直持续快速地发展。举例来说，对较高解析度及较低电力消耗的需求已促进了这些装置的进一步微型化及集成。虽然像素设计的发展已显著改进图像传感器性能，但已证明难以通过仅优化像素电路而克服数个光学限制。
化学机械抛光(CMP)对于半导体装置制作必不可少。其可用于使晶片变薄、移除过多沉积通量且使表面平坦化。此外，抛光速率针对表面上的薄膜的组分是有选择性的。由于CMP可不如其它制作技术精确且通常在半导体晶片上较粗糙，因此如果不加以适当控制，那么CMP可诱发到电子装置中的缺陷。缺陷可包含晶片的点蚀、晶片表面上的刮痕及装置层架构的破坏。因此，在电装置制作中优化CMP过程为合意的。
发明内容
在一个方面中，本发明提供一种图像传感器，其包括：多个光电二极管，其经布置成阵列且安置于半导体材料中，其中钉扎阱安置于所述多个光电二极管中的个别光电二极管之间以电隔离所述个别光电二极管；微透镜层，其接近于所述半导体材料而安置，其中所述微透镜层与所述多个光电二极管光学对准；及间隔层，其安置于所述半导体材料与所述微透镜层之间，其中所述间隔层跨越所述阵列具有凹形横截面轮廓，且其中所述微透镜层与所述间隔层的所述凹形横截面轮廓保形。
在另一方面中，本发明提供一种图像传感器制作方法，其包括：提供包含经布置成阵列的多个光电二极管的半导体材料；沉积接近于所述半导体材料的表面而安置的间隔层；在所述间隔层的表面上形成染料边缘结构，其中所述染料边缘结构环绕所述多个光电二极管，且其中所述染料边缘结构在所述间隔层的所述表面上隆起；及将所述间隔层及所述染料边缘结构抛光，其中抛光会跨越所述多个光电二极管的所述阵列产生所述间隔层的凹形横截面轮廓。
附图说明
参考以下各图来描述本发明的非限制性及非穷尽性实例，其中除非另有规定，否则贯穿各种视图，相似参考编号指代相似零件。
图1A图解说明根据本发明的教示的经部分完成弯曲图像传感器的一个实例。
图1B图解说明根据本发明的教示的包含图1A的经部分完成弯曲图像传感器的半导体晶片的俯视图。
图2图解说明根据本发明的教示的弯曲图像传感器的一个实例。
图3A到3F图解说明根据本发明的教示的用于形成弯曲图像传感器的实例性过程。
图4是图解说明根据本发明的教示的包含图2的弯曲图像传感器的成像系统的一个实例的框图。
贯穿图式的数个视图，对应参考符号指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单且清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为帮助改进对本发明的各种实施例的理解，各图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大。同样，通常未绘示在商业上可行实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本发明的这些各种实施例的较不受阻挡的观察。
具体实施方式
本文中描述用于弯曲图像传感器的设备及方法的实例。在以下说明中，陈述众多特定细节以提供对实例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可在无所述特定细节中的一者或多者的情况下或运用其它方法、组件、材料等实践本文中所描述的技术。在其它实例中，为避免使一些方面模糊，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作。
贯穿本说明书对“一个实例”或“一个实施例”的提及意指结合所述实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书的各个位置中出现的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”未必全部指代同一实例。此外，特定特征、结构或特性可以任一适合方式组合于一个或多个实例中。
贯穿本说明书，使用所属领域的数个术语。除非本文中明确定义或其使用的上下文将另外清楚地建议，否则这些术语应具有其在所属领域中的一般含义。应注意，元件名称及符号可在本文档通篇中互换使用(例如，Si对硅)；然而，所述元件名称及符号两者具有相同意义。
图1A展示经部分完成弯曲图像传感器100的横截面的一个实例。经部分完成弯曲图像传感器100包含：半导体材料101、多个光电二极管103、钉扎阱105、间隔层121及染料边缘结构171。多个光电二极管103经布置成阵列并且安置于半导体材料101中，且钉扎阱105安置于个别光电二极管103之间。间隔层121安置于半导体材料101与染料边缘结构171之间。在一个实例中，间隔层121为例如氧化硅或类似物的氧化物，且染料边缘结构171为例如氮化硅或类似物的氮化物，且其安置于间隔层121上，如所展示处于光电二极管103的阵列的相对端上。在所描绘实例中，经部分完成弯曲图像传感器100刚刚经历CMP过程。由于在所描绘实例中染料边缘结构171比间隔层121硬(或更能抵抗CMP过程)，因此间隔层121比染料边缘结构171更快被移除。因此，间隔层121成盘形(朝向光电二极管103的阵列的中间较薄，且朝向光电二极管103的阵列的各侧较厚)。在一个或多个实例中，染料边缘结构可在CMP之后更薄或经修圆。
图1B展示包含图1A的经部分完成弯曲图像传感器100的半导体晶片的俯视图的图解。值得注意的是，染料边缘结构171沿着半导体材料101上的划线安置。在所描绘实例中，缺少染料边缘结构171的每一区域的表面可成盘形。此导致间隔层121的中心比间隔层121更靠近于染料边缘结构171的区域薄。尽管所绘示实例使用化学机械抛光来实现晶片的弯曲/薄化，但例如蚀刻等其它适合过程也可用于形成相同或类似弯曲图像传感器结构。
图2展示弯曲图像传感器200的一个实例的图解。在所描绘实例中，弯曲图像传感器200包含：半导体材料201、多个光电二极管203、钉扎阱205、间隔层221、光学栅格层231(具有光学栅格233)、彩色滤光器层241(具有红色滤光器243、绿色滤光器245及蓝色滤光器247)、微透镜层261及光学透镜281。如在实例性图解中所展示，多个光电二极管203安置于半导体材料201中且钉扎阱205安置于多个光电二极管203中的个别光电二极管203之间以电隔离个别光电二极管203。在一个实例中，钉扎阱205可包含经掺杂半导体材料；然而，在另一其它相同实例中，钉扎阱可包含金属/半导体氧化物、金属/半导体氮化物、聚合物或类似物。彩色滤光器层241安置于微透镜层261与半导体材料201之间。彩色滤光器层241及微透镜层261与多个光电二极管203光学对准以将入射光引导到多个光电二极管203中。间隔层221安置于半导体材料201与彩色滤光器层241之间，且间隔层221跨越光电二极管203的阵列具有凹形横截面轮廓。在所描绘实例中，彩色滤光器层241及微透镜层261与间隔层221的凹形横截面轮廓保形。此可有助于使弯曲图像传感器200的边缘上的光学缺陷最小化。光学栅格层231安置于彩色滤光器层241与间隔层221之间，且光学栅格层231与多个光电二极管203光学对准，使得光学栅格层231经由内反射过程将光引导到多个光电二极管203中。在所描绘实例中，光学栅格层231与间隔层221的凹形横截面轮廓保形。在一个实例中，光学栅格233可包含金属网格。在另一实例中，光学栅格233可包含通过例如热蒸发、化学气相沉积或类似物等处理技术制作的金属、氧化物或半导体结构。
在一个实例中，多个光电二极管203经布置成包含行及列的阵列(见下文图4)且间隔层221的凹形横截面轮廓的顶点位于多个光电二极管203的阵列的中心处。在所描绘实例中，光学透镜281安置于图像光源与半导体材料201之间，且光学透镜281经定位以将图像光引导到半导体材料201中。为优化装置性能，在一个实例中，间隔层221的凹形横截面轮廓的曲率半径近似光学透镜281的曲率半径。在一个实例中，快门可安置于图像光与弯曲图像传感器200之间以阻挡图像光在帧之间或在校准测量期间到达弯曲图像传感器200。
在操作中，多个光电二极管203将吸收图像光以产生图像电荷。图像光经由光学透镜281而聚焦到半导体材料201(及对应光学结构，例如，微透镜层261、彩色滤光器层241及光学栅格层231)上。在常规图像传感器中，透镜焦平面为弯曲的但半导体装置堆栈为平面的，从而导致图像传感器边缘由于其离焦(不与透镜的曲率保形)而被模糊。此处，由于弯曲图像传感器200的曲率半径现在近似光学透镜281的曲率半径，因此弯曲图像传感器200可沿着弯曲图像传感器200的边缘从光学透镜281接收经聚焦图像光。沿着弯曲图像传感器200的边缘接收的图像光接着可通过微透镜层261及彩色滤光器层241而高效地传递到多个光电二极管203中。
图3A到3F展示用于形成弯曲图像传感器(例如，弯曲图像传感器200)的实例性过程。图3A到3F中的一些或全部在过程300中出现的次序不应被视为限制性的。而是，受益于本发明的所属领域的技术人员将理解，可以未图解说明的多种次序或甚至并行地执行过程300中的一些过程。
图3A描绘提供包含经布置成阵列的多个光电二极管303的半导体材料301的图解。在所描绘实例中，提供半导体材料301可包含在半导体材料301的背侧中形成多个光电二极管303。然而，在不同实例中，可在半导体材料301的前侧中形成多个光电二极管303。这两个配置可用于分别形成背侧照明图像传感器或前侧照明图像传感器。另外，在所描绘实例中，钉扎阱305安置于多个光电二极管303中的个别光电二极管303之间。钉扎阱305可包含经掺杂半导体区或可包含金属、金属氧化物、半导体氧化物及/或半导体氮化物。钉扎阱305安置于个别光电二极管303之间以防止个别光电二极管303与相关联电路(例如，读出电路411，见下文图4)之间的非所要电荷转移。
图3B描绘接近于半导体材料301的表面沉积间隔层321的图解。在所描绘实例中，间隔层321安置于半导体材料301上。在一个实例中，间隔层321包含氧化硅；然而，在不同实例中，间隔层包含其它氧化物、氮化物、聚合物或类似物。尽管未描绘，但在一个实例中，可在间隔层321的沉积之前在半导体材料301的表面上形成转移栅极且高k电介质材料可安置于转移栅极与半导体材料301的表面之间。个别转移栅极可电耦合到个别光电二极管303以将在光电二极管303中积累的图像电荷转移到也安置于半导体材料301中的浮动扩散部(未描绘)。在一个实例中，在半导体材料301中蚀刻出隔离沟槽，且将间隔层321沉积于隔离沟槽中且沉积于半导体材料301的表面上。
图3C描绘在间隔层321上沉积染料边缘层371的图解。在所描绘实例中，染料边缘层371与间隔层321保形。另外，在所描绘实例中，染料边缘层371包含氮化硅；然而，在未描绘的不同实例中，染料边缘层371可包含其它适合半导体氧化物、半导体氮化物及/或金属氧化物。具体来说，染料边缘层371可包含氮氧化硅、氧化铝、氧化铪等。
图3D描绘在间隔层321的表面上接近于光电二极管303的阵列的相对端形成染料边缘结构371，如所展示。在所描绘实例中，通过蚀刻染料边缘层371形成染料边缘结构371。此蚀刻过程可取决于例如所要蚀刻速率、其它装置架构层的存在等考虑而包含湿式及/或干式蚀刻。在所描绘实例中，染料边缘结构371环绕包含多个光电二极管303的阵列，且染料边缘结构371在间隔层321的表面上隆起。然而，在另一实例中，染料边缘结构371可不环绕多个光电二极管303，且可仅围绕多个光电二极管303的阵列的一些边缘而安置。染料边缘结构371的厚度、材料组成及位置可经调谐以优化间隔层321的架构/曲率及相关联CMP过程。
在所描绘实例中，染料边缘结构371安置在划线的边缘上方。当形成染料边缘结构371时，半导体材料301仍可为包含多个图像传感器的较大晶片的一部分(例如，见图1B)。为形成个别图像传感器，半导体材料301沿着划线经切割成多个半导体染料。
图3E展示将间隔层321及染料边缘结构371抛光的实例性图解。抛光会跨越光电二极管303的阵列产生间隔层321的凹形横截面轮廓。抛光可包含化学机械抛光(CMP)，其中具有许多图像传感器的晶片经装载到晶片抛光机上。在所描绘实例中，根据本发明的教示，由于染料边缘结构371包含比间隔层321硬的材料，因此间隔层321抛光得比染料边缘结构371快，此产生间隔层321的凹形结构，所述凹形结构因此提供具有经增加边缘分辨率的图像传感器。在一个实例中，染料边缘结构371包含氮化硅且间隔层321包含氧化硅。
图3F展示从间隔层321的表面移除染料边缘结构371并形成弯曲图像传感器光学架构的其余部分的实例的图解。在一个实例中，通过蚀刻过程移除染料边缘结构371。在所描绘实例中，光学栅格层331安置于间隔层321与彩色滤光器层341之间。光学栅格层331可包含将光引导到多个光电二极管303中的金属光学栅格333。还形成彩色滤光器层341及微透镜层361。彩色滤光器层341安置于微透镜层361与间隔层321之间，且彩色滤光器层341、微透镜层361及光学栅格层331与多个光电二极管303光学对准。值得注意的是，在一个实例中，彩色滤光器层341包含红色滤光器343、绿色滤光器345及蓝色滤光器347，所述彩色滤光器可经布置成拜耳(Bayer)图案、EXR图案、X-trans图案或类似物。值得注意的是，尽管在所描绘实例中规定个别彩色滤光器的位置，但彩色滤光器的放置、位置及次序可采用若干配置。举例来说，在不同或相同实例中，彩色滤光器层341可包含红外滤光器、紫外滤光器或隔离EM光谱的不可见部分的其它滤光器。在相同或不同实例中，微透镜层361可由在彩色滤光器层341的表面上图案化的光活化聚合物制成。一旦在彩色滤光器层341的表面上图案化聚合物的矩形块，便可使所述块熔融(或回流)以形成微透镜的圆顶状结构特性。然而，应注意，在一个实例中，光学栅格层331、彩色滤光器层341及微透镜层361可不存在于弯曲图像传感器中或者可由等效或基本上类似组件替换(例如，彩色滤光器层可用金属网格替换以阻挡光的特定波长)。
值得注意的是，可将任何适合处理方法用于图3A到3F中所描绘的所有半导体、氧化物及/或金属形成过程。因此，对于任何图案化，可采用光学光刻(利用负性抗蚀剂或正性抗蚀剂)来使结构模板化。另外，对于材料沉积，可使用包含以下各项的任何适合沉积技术：热蒸发、化学气相沉积、原子层沉积、分子束外延、自组装或类似物。
图4是图解说明包含图2的弯曲图像传感器(例如，弯曲图像传感器200)的成像系统的一个实例的框图。成像系统400包含像素阵列405、控制电路421、读出电路411及功能逻辑415。在一个实例中，像素阵列405为光电二极管或图像传感器像素(例如，像素P1、P2…、Pn)的二维(2D)阵列。如所图解说明，光电二极管经布置到行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)中以获取人、地方、物体等的图像数据，所述图像数据接着可用于再现所述人、地方、物体等的2D图像。然而，行及列不必一定为线性的且可取决于使用案例而采取其它形状。
在一个实例中，在像素阵列405中的每一图像传感器光电二极管/像素获取其图像数据或图像电荷之后，图像数据由读出电路411读出且接着经传送到功能逻辑415。读出电路411可经耦合以从像素阵列405中的多个光电二极管读出图像数据。在各种实例中，读出电路411可包含放大电路、模/数转换(ADC)电路或其它电路。功能逻辑415可仅存储所述图像数据或甚至通过应用后图像效应(例如，剪裁、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来更改/操纵所述图像数据。在一个实例中，读出电路411可沿着读出列线一次读出一行图像数据(所图解说明)或可使用多种其它技术(未图解说明)读出所述图像数据，例如串行读出或同时全并行读出所有像素。
在一个实例中，控制电路421耦合到像素阵列405以控制像素阵列405中的多个光电二极管的操作。控制电路421可经配置以控制像素阵列405的操作。举例来说，控制电路421可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，快门信号为用于同时启用像素阵列405内的所有像素以在单个获取窗期间同时捕获其相应图像数据的全局快门信号。在另一实例中，快门信号为滚动快门信号，使得在连续获取窗期间依序启用每一行、每一列或每一像素群组。在另一实例中，图像获取与照明效果(例如闪光)同步。
在一个实例中，成像系统400可包含于数字相机、手机、膝上型计算机或类似物中。另外，成像系统400可耦合到其它硬件部件，例如处理器、存储器元件、输出(USB端口、无线发射器、HDMI端口等)、照明设备/闪光灯、电输入(键盘、触摸显示器、跟踪垫、鼠标、麦克风等)及/或显示器。其它硬件/软件部件可将指令递送到成像系统400、从成像系统400提取图像数据或操纵由成像系统400供应的图像数据。
包含发明摘要中所描述内容的本发明的所图解说明实例的以上描述并不打算为穷尽性或将本发明限制于所揭示的精确形式。虽然出于说明性目的而在本文中描述本发明的特定实例，但如相关领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内做出各种修改。
鉴于上文详细说明可对本发明做出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应理解为将本发明限于说明书中所揭示的特定实例。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求书来确定，权利要求书将根据所建立的权利要求解释原则来加以理解。
Claims (20)
1.一种图像传感器，其包括：
多个光电二极管，其经布置成阵列且安置于半导体材料中，其中钉扎阱安置于所述多个光电二极管中的个别光电二极管之间以电隔离所述个别光电二极管；
微透镜层，其接近于所述半导体材料而安置，其中所述微透镜层与所述多个光电二极管光学对准；及
间隔层，其安置于所述半导体材料与所述微透镜层之间，其中所述间隔层跨越所述阵列具有凹形横截面轮廓，且其中所述微透镜层与所述间隔层的所述凹形横截面轮廓保形。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括彩色滤光器层及光学栅格层，其中所述光学栅格层安置于所述彩色滤光器层与所述间隔层之间，且所述彩色滤光器层安置于所述光学栅格层与所述微透镜层之间，且其中所述光学栅格层与所述多个光电二极管光学对准，使得所述光学栅格层将光引导到所述多个光电二极管中。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述光学栅格层及所述彩色滤光器层与所述间隔层的所述凹形横截面轮廓保形。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述钉扎阱包含经掺杂半导体材料。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述间隔层的所述凹形横截面轮廓的顶点位于所述多个光电二极管的所述阵列的中心处。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括安置于图像光源与所述半导体材料之间的光学透镜，其中所述光学透镜经定位以将图像光引导到所述半导体材料中。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述间隔层的所述凹形横截面轮廓的曲率半径近似所述光学透镜的曲率半径。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括耦合到所述多个光电二极管的控制电路及耦合到所述多个光电二极管的读出电路，其中所述控制电路控制所述多个光电二极管的操作，且所述读出电路从所述多个光电二极管读出图像数据。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其进一步包括功能逻辑，其中所述读出电路将所述图像数据传送到所述功能逻辑以更改所述图像数据。
10.一种图像传感器制作方法，其包括：
提供包含经布置成阵列的多个光电二极管的半导体材料；
沉积接近于所述半导体材料的表面而安置的间隔层；
在所述间隔层的表面上形成染料边缘结构，其中所述染料边缘结构环绕所述多个光电二极管，且其中所述染料边缘结构在所述间隔层的所述表面上隆起；
将所述间隔层及所述染料边缘结构抛光，其中抛光会跨越所述多个光电二极管的所述阵列产生所述间隔层的凹形横截面轮廓；及
形成微透镜层，其中所述微透镜层与所述间隔层的所述凹形横截面轮廓保形。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括从所述间隔层的所述表面移除所述染料边缘结构。
12.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括形成彩色滤光器层，其中所述彩色滤光器层安置于所述微透镜层与所述间隔层之间，且其中所述彩色滤光器层及所述微透镜层与所述多个光电二极管光学对准。
13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括形成光学栅格层，所述光学栅格层安置于所述间隔层与所述彩色滤光器层之间。
14.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括形成安置于所述半导体材料中的控制电路及读出电路。
15.根据权利要求10所述的方法，其中沉积间隔层包含在所述半导体材料中蚀刻出隔离沟槽，及将所述间隔层沉积于所述隔离沟槽中且沉积于所述半导体材料的所述表面上。
16.根据权利要求10所述的方法，其中在所述间隔层上形成染料边缘结构包含：
在所述间隔层上沉积染料边缘层；及
蚀刻所述染料边缘层以形成染料边缘结构。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述染料边缘层包含氮化硅且所述间隔层包含氧化硅。
18.根据权利要求10所述的方法，其中将所述间隔层及所述染料边缘结构抛光包含移除所述间隔层的一部分以形成所述间隔层的所述凹形横截面轮廓。
19.根据权利要求10所述的方法，其中提供半导体材料包含在所述半导体材料的背侧中形成多个光电二极管。
20.根据权利要求19所述的方法，其进一步包括在所述多个光电二极管中的个别光电二极管之间形成钉扎阱。
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| US10418408B1 (en) * | 2018-06-22 | 2019-09-17 | Omnivision Technologies, Inc. | Curved image sensor using thermal plastic substrate material |
| US11289523B2 (en) * | 2019-09-06 | 2022-03-29 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with reduced petal flare |
| US11380729B2 (en) * | 2020-01-15 | 2022-07-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Image sensor having lens layer and manufacturing method thereof |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101494197A (zh) * | 2008-01-25 | 2009-07-29 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 影像感测器及其制造方法 |
| CN102024829A (zh) * | 2009-09-17 | 2011-04-20 | 联华电子股份有限公司 | 影像传感器结构及其制法 |
| CN103367376A (zh) * | 2012-03-28 | 2013-10-23 | 全视科技有限公司 | 具有增强离子掺杂的方法及装置 |
| US9111993B1 (en) * | 2014-08-21 | 2015-08-18 | Omnivision Technologies, Inc. | Conductive trench isolation |
Family Cites Families (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008060630A2 (en) * | 2006-11-17 | 2008-05-22 | Tessera North America, Inc. | Internal noise reducing structures in camera systems employing an optics stack and associated methods |
| US8183510B2 (en) * | 2008-02-12 | 2012-05-22 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor with buried self aligned focusing element |
| US7968923B2 (en) * | 2008-03-12 | 2011-06-28 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor array with conformal color filters |
| US8450821B2 (en) * | 2009-03-26 | 2013-05-28 | Micron Technology, Inc. | Method and apparatus providing combined spacer and optical lens element |
| US20100327389A1 (en) * | 2009-06-26 | 2010-12-30 | Mccarten John P | Back-illuminated image sensors having both frontside and backside photodetectors |
| US20100330728A1 (en) * | 2009-06-26 | 2010-12-30 | Mccarten John P | Method of aligning elements in a back-illuminated image sensor |
| US8314469B2 (en) | 2009-09-04 | 2012-11-20 | United Microelectronics Corp. | Image sensor structure with different pitches or shapes of microlenses |
| US8614112B2 (en) * | 2010-10-01 | 2013-12-24 | Omnivision Technologies, Inc. | Method of damage-free impurity doping for CMOS image sensors |
| US10056426B2 (en) * | 2013-07-08 | 2018-08-21 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Apparatus and method for fabricating a light guiding grid |
| US9553118B2 (en) * | 2014-06-18 | 2017-01-24 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Formation of buried color filters in a back side illuminated image sensor using an etching-stop layer |
| KR102328149B1 (ko) * | 2014-10-31 | 2021-11-18 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 커브드 이미지 센서, 그 제조방법 및 이를 구비한 전자장치 |
| KR102328140B1 (ko) * | 2014-12-15 | 2021-11-18 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 커브드 이미지 센서, 그 제조방법 및 이를 구비한 전자장치 |
| US20160307942A1 (en) * | 2015-04-16 | 2016-10-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Deeply buried color filter array (cfa) by stacked grid structure |
| US9991307B2 (en) * | 2015-04-16 | 2018-06-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Stacked grid design for improved optical performance and isolation |
| US9570493B2 (en) * | 2015-04-16 | 2017-02-14 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Dielectric grid bottom profile for light focusing |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101494197A (zh) * | 2008-01-25 | 2009-07-29 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 影像感测器及其制造方法 |
| CN102024829A (zh) * | 2009-09-17 | 2011-04-20 | 联华电子股份有限公司 | 影像传感器结构及其制法 |
| CN103367376A (zh) * | 2012-03-28 | 2013-10-23 | 全视科技有限公司 | 具有增强离子掺杂的方法及装置 |
| US9111993B1 (en) * | 2014-08-21 | 2015-08-18 | Omnivision Technologies, Inc. | Conductive trench isolation |
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