CN111883548A - 在成像系统中形成微透镜的方法、图像传感器和微透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“在成像系统中形成微透镜的方法、图像传感器和微透镜”。本发明公开了一种成像设备，该成像设备可包括形成为图像像素阵列的一部分的像素中的一个或多个光敏区。微透镜和滤色器结构可形成在像素之上。每个微透镜可由微透镜晶种以及形成在微透镜晶种之上的一个或多个沉积微透镜层形成。沉积的一个或多个沉积微透镜层可能已经限定微透镜的曲率。因此，针对形成在微透镜晶种之上的一个或多个微透镜层，不需要进一步的蚀刻或平滑处理。如果需要，微透镜晶种可具有平面顶表面和平面侧、平面顶表面和倾斜平面侧、或非平面顶表面和平面侧。微透镜晶种可限定微透镜的微透镜特性，诸如曲率半径、高度和/或微透镜凸角的数量和类型。

Description

在成像系统中形成微透镜的方法、图像传感器和微透镜
技术领域
本公开整体涉及成像系统，并且更具体地讲涉及在成像系统中形成微透镜的方法、图像传感器和微透镜。
背景技术
现代电子设备(诸如蜂窝电话、相机和计算机)常常使用图像传感器。图像传感器(有时称为成像器)可由二维图像感测像素的阵列形成。每个像素通常包括光敏元件诸如光电二极管，这些光敏元件接收入射光子并把光子转变为电信号。每个像素还可包括将光重叠并聚焦到光敏元件上的微透镜。
图像传感器通常使用有机微透镜来优化整个可见光谱的量子效率。尽管对于可见光是有效的，但形成微透镜的这些有机材料表现出对于较短波长的光(例如，低于可见光谱中的波长的波长)的低透射特性。虽然可在微透镜中使用无机材料，但存在用于使用无机材料有效制造微透镜结构的显著挑战。
因此希望在成像系统中提供改进的微透镜。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了一种在成像系统中形成微透镜的方法。该方法包括：形成微透镜晶种结构；以及将第一微透镜层沉积在所述微透镜晶种结构之上，其中，所沉积的第一微透镜层限定所述微透镜的顶表面拓扑，所述顶表面拓扑具有第一曲率，所述第一曲率不同于所述微透镜晶种结构的顶表面的第二曲率。
根据本公开的第二方面，提供了一种图像传感器。该图像传感器包括：图像传感器像素阵列；和微透镜，所述微透镜与所述图像传感器像素阵列的一部分重叠，所述微透镜包括：微透镜前体结构，所述微透镜前体结构具有顶表面和与所述顶表面相对的基部，其中，所述微透镜前体结构在所述顶表面处具有围绕所述顶表面处的凹入部分的突起部分；和沉积微透镜层，所述沉积微透镜层形成在所述微透镜前体结构的所述顶表面之上，其中，所述沉积微透镜层限定所述微透镜的顶表面。
根据本公开的第三方面，提供了一种微透镜。该微透镜包括微透镜晶种柱，所述微透镜晶种柱具有顶表面处的顶部侧向宽度、基部处的大于所述顶部侧向宽度的底部侧向宽度、和将所述顶表面连接到所述基部的倾斜侧平面；和多个微透镜层，所述多个微透镜层形成在所述微透镜晶种柱之上，所述多个微透镜层中的最顶层限定所述微透镜的顶表面拓扑。
附图说明
图1为根据一些实施方案的示出示例性成像系统的图。
图2为根据一些实施方案的示例性图像传感器的一部分的剖视图。
图3为根据一些实施方案的示例性微透镜结构的剖视图，该示例性微透镜结构具有晶种层和在晶种层之上的微透镜层。
图4为根据一些实施方案的具有锥形或梯形晶种层的示例性微透镜结构的剖视图。
图5为根据一些实施方案的包括具有非平面顶部的微透镜晶种的示例性微透镜结构的剖视图。
图6A和图6B为根据一些实施方案的由具有非平面顶部的微透镜晶种形成的微透镜结构的示例性顶表面拓扑的透视图。
图7为根据一些实施方案的用于形成微透镜结构的示例性步骤的流程图。
具体实施方式
本发明的实施方案涉及具有微透镜结构的成像系统，该微透镜结构具有改善的透射特性和改善的加工特性。
电子设备(诸如数字相机、计算机、蜂窝电话和其他电子设备)包括图像传感器，该图像传感器收集入射光以捕获图像。图像传感器可包括图像像素阵列。图像传感器中的图像像素可包括光敏元件，诸如将入射光转换成电荷的光电二极管。可存储电荷并将电荷转换成图像信号。图像传感器可具有任何数量(例如，数百或数千或更多)的像素。典型图像传感器可例如具有数十万或数百万像素(例如，数兆像素)。图像传感器可包括控制电路，诸如用于操作成像像素的电路，以及用于读出光敏元件生成的电荷对应的图像信号的读出电路。
图1为示例性电子设备的示意图，该电子设备使用图像传感器捕获图像。图1的电子设备10可为便捷式电子设备，诸如相机、蜂窝电话、平板计算机、网络相机、摄像机、视频监控系统、机动车成像系统、具有成像能力的视频游戏系统或者捕获数字图像数据的任何其他所需的成像系统或设备。相机模块12可用于将入射光转换成数字图像数据。相机模块12可包括一个或多个透镜14以及一个或多个对应图像传感器16。在图像捕获操作期间，来自某个场景的光可通过透镜14聚焦到图像传感器16上。图像传感器16将对应的数字图像数据提供给处理电路18。图像传感器16可以是前照式图像传感器，或者如果需要，可以是背照式图像传感器。如果需要，相机模块12可设置有透镜14的阵列和对应图像传感器16的阵列。
控制电路(诸如存储和处理电路18)可包括一个或多个集成电路(例如，图像处理电路、微处理器、诸如随机存取存储器和非易失性存储器的存储设备等)，并且可使用与相机模块12分开和/或形成相机模块12的一部分的部件(例如，形成包括图像传感器16的集成电路或者与图像传感器16相关联的模块12内的集成电路的一部分的电路)来实施。可使用处理电路18处理和存储已被相机模块12采集的图像数据。如果需要，已处理图像数据可使用耦合至处理电路18的有线和/或无线通信路径提供给外部设备(如，计算机或其他设备)。处理电路18可用于控制图像传感器16的操作。
图像传感器16可包括图像像素的一个或多个阵列。可使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术、电荷耦合器件(CCD)技术或任何其他合适的技术在半导体衬底中形成图像像素。其中图像像素是前照式图像像素的布置在本文中有时作为示例进行描述。不过，这仅仅是示例性的。如果需要，图像像素可以是背照式图像像素。图像传感器像素可被配置为支持滚动或全局快门操作。例如，图像像素可各自包括光电二极管、浮动扩散区、本地存储区、转移晶体管或任何其他合适的部件。
为了将光进一步聚焦到图像像素上，可在图像像素之上形成微透镜。微透镜可形成与滤光器元件阵列和图像传感器像素阵列重叠的微透镜阵列。如果需要，每个微透镜可将来自成像系统透镜的光聚焦到对应图像像素22(图2中)或多个图像像素22上。
图2为具有图像像素22的阵列的示例性图像传感器的一部分的横截面侧视图。如图2所示，每个像素22可包括光敏元件，诸如光电二极管30。光电二极管30可形成于半导体衬底40(例如，p型硅衬底)中。存储二极管区和其他像素结构(例如，浮动扩散区、晶体管等)也可形成于邻近或相邻光电二极管30之间的区中的衬底40中。
在衬底40的表面上可形成互连叠堆，诸如互连叠堆42。互连叠堆42可包括由介电材料诸如氧化硅(SiO2)形成的介电层。互连层(有时称为互连布线结构)可形成于互连叠堆42中以接触各种像素结构和端子，并且可由介电层分开。互连层可包括导电结构，诸如金属信号路由路径和金属通孔。电介质层有时可被称为金属间电介质层、金属间电介质叠堆、互连叠堆或层间电介质(ILD)。图2中的层32-1、32-2等可指层间电介质或互连布线结构的一个或多个层。
滤光器(滤色器)层44中的滤光器(滤色器)阵列可形成在互连叠堆42之上。滤色器层44可包括滤光器(滤色器)元件诸如滤光器(滤色器)元件34的阵列。每个滤光器(滤色器)元件34可被配置为使电磁光谱的给定部分中的光通过，同时阻挡电磁光谱的该部分之外的光。例如，每个滤色器元件可被配置为使以下中的一者或多者通过：绿光、红光、蓝光、青光、品红光、黄光、红外光、紫外光和/或其他类型的光。如果需要，钝化层可插置在滤色器层44和互连叠堆42之间。
微透镜层46中的微透镜阵列(为了清楚起见，有时称为微透镜结构或微透镜层46，在描述与微透镜层46相关联的多个层时)可形成在滤色器层44之上。微透镜层46可包括多个微透镜36，每个微透镜形成在滤色器元件34中的相应一个之上。每个微透镜36可被配置为将光朝向光电二极管30中的相关联的一个聚焦。如果需要，每个微透镜36可形成在多个滤色器元件34之上，或者与另一个微透镜36共享单个滤色器元件。如果需要，每个微透镜36可被配置为将光朝向多个光电二极管30聚焦。
在一些应用中，可能期望图像传感器获得波长比可见光(例如，紫外光、深紫外光等)的波长更短的光的数据。然而，如果不小心，这些较短波长的光在穿过微透镜结构时可显著衰减。例如，有机材料可表现出低于300纳米(nm)的较低透射特性。因此，由这些有机材料形成的微透镜结构可能不期望地衰减所关注波长小于300nm的光。虽然可以使用诸如无机材料之类的其他材料来形成微透镜结构，但当使用无机材料有效地制造微透镜结构时，可能会出现困难。本文所述的实施方案在形成具有改善的加工和性能的微透镜结构的同时减轻了这些问题。
图3为示例性微透镜结构的剖视图，该示例性微透镜结构具有晶种层和在晶种层之上的微透镜层。如图3所示，微透镜36可由晶种层50(在本文中有时称为晶种透镜、晶种柱、微透镜晶种、晶种结构、微透镜晶种结构、前体结构)以及形成在晶种层50之上的微透镜层52-1、52-2和52-3(在本文中有时称为沉积层或沉积微透镜层)形成。微透镜层52-1、52-2和52-3以及晶种层50可由氧化物材料(例如，金属氧化物材料、半导体氧化物材料、任何合适类型的氧化物材料)或任何合适类型的无机材料诸如氮化物(氮化硅)、氮氧化物(氮氧化硅)等形成。然而，这仅仅是示例性的。如果需要，层52-1、52-2、52-3和50中的一个或多个可由有机材料、无机材料、和/或有机材料和无机材料的任何组合形成。
虽然图3示出晶种层50之上的三个微透镜层(例如，层52-1、52-2和52-3)，但这仅仅是示例性的。如果需要，可在晶种层50之上形成单个微透镜层或不止一个微透镜层。虽然本文有时描述了三个沉积层，但这些原理可类似地应用于由少于三个沉积层或多于三个沉积层形成的微透镜。如果需要，层50’可以与晶种层50一体的方式形成(例如，晶种层可包括平面部分50’和晶种突起部分50)。晶种突起部分可称为晶种透镜、晶种柱或微透镜晶种。另选地，层50和50’可使用单独的工艺单独形成。
晶种柱50可形成为非球形结构并具有直的(非弯曲的)边缘(例如，具有非圆形侧面轮廓、具有如图3所示的矩形侧面轮廓、具有直的周边或侧面或周边边缘、具有直的顶部边缘)，这与微透镜36的最终形状不同(例如，晶种柱50的顶表面和侧表面拓扑不是微透镜36的顶表面和侧表面拓扑的准确副本)。晶种柱50的形状(例如晶种柱50的顶表面和侧表面)仍可影响微透镜36的最终形状(例如微透镜36的拓扑)。换句话讲，微透镜层52-1、52-2和52-3可具有与晶种柱50不同的表面轮廓(侧面)以形成微透镜36。在形成微透镜36时，最顶层(即，层52-3)可限定微透镜36的(球形)形状(例如，限定微透镜36的顶表面拓扑)。微透镜36的高度可由层50、52-1、52-2和52-3中的每一个的厚度限定。微透镜36的形状和高度可基于层52-1、52-2和52-3的侧向和竖直沉积速率来调整。
例如，对于给定的微透镜，层52-1、52-2和52-3可具有竖直尺寸V1(例如，组合厚度V1)并且可具有侧向尺寸L1(例如，微透镜的半径L1)。通过调节侧向沉积速率和竖直沉积速率的比率，可调节厚度L1与半径V1的比率。因此，可基于该比率来调整微透镜36的曲率(例如，曲率半径)。具体地讲，可能有利的是沉积层52-1、52-2和52-3中的一个或多个(或单个整体沉积层)，其中侧向沉积速率显著不同于竖直沉积速率(例如，具有比竖直沉积速率大10％、大25％、大50％、大75％等的差值)。通过调节侧向沉积速率和沉积时间，可调整微透镜36的高度。
通过首先形成晶种层50并随后使用调整的(侧向和竖直)沉积速率和时间形成微透镜层52-1、52-2和52-3，可在不蚀刻(例如，平滑或抛光)层52-1、52-2和52-3的情况下形成微透镜36。换句话讲，在形成晶种柱50之后，可省略用于沉积微透镜(氧化物)层的蚀刻平滑步骤。微透镜层本身可完全填充邻近晶种柱50之间的所有空间，从而以所需方式形成微透镜36。如果需要，可使用蚀刻步骤形成晶种柱50。然而，可在没有蚀刻平滑步骤的情况下限定微透镜36的最终形状、曲率或(顶表面)拓扑(例如，不蚀刻最顶层52-3(即，为未蚀刻的)以形成微透镜36的期望曲率和/或高度)。
如果需要，可使用不同材料形成微透镜层52-1、52-2和52-3。例如，层52-1、52-2和52-3可被配置为降低或最小化反射损耗。具体地讲，层52-1、52-2和52-3可由具有减小的折射率(即，折射率)的层梯度形成。换句话讲，最底层(例如，层52-1)可由具有最高折射率的材料(例如，氮化硅)形成，最顶层(例如，层52-3)可由具有最低折射率的材料(例如，氧化硅)形成，并且中间层(例如，层52-2)可由具有介于最高折射率和较低折射率之间的中间折射率的材料(例如，氮氧化硅)形成。如果需要，代替层52-1、52-2和52-3或除了层52-1、52-2和52-3之外，可在晶种层50之上形成由具有连续折射率梯度的梯度折射率材料形成的层。
如果需要，微透镜层52-1、52-2和52-3中的一个或多个可由钝化材料(例如，氮氧化硅)形成。氮氧化硅层可用作钝化层以保护成像设备(例如，在其之上形成钝化层的一个或多个层和/或衬底)。如果需要，钝化层可保护成像设备免受湿气。将钝化层结合到微透镜层中可有助于减小成像设备的总体叠堆高度。如果需要，微透镜36的最顶层(或任何合适的层)可为抗反射涂层。如果需要，可在形成微透镜36的最顶层之上形成抗反射涂层。
虽然晶种柱50在图3中被示出为具有矩形形状，但这仅仅是示例性的。如果需要，晶种柱50可具有任何合适的形状。具体地讲，晶种层50的拓扑可不利地影响微透镜36的重叠形状。因此，为了减少晶种层拓扑的影响，晶种层50可使用棱锥形、尖的、圆锥形或梯形形状形成。
图4为具有锥形或梯形晶种层的示例性微透镜结构的剖视图。图4示出了晶种层50-1，其在晶种层50-1的突起部分处具有基部宽度(例如，宽度/直径T1，底部侧向尺寸)和顶部宽度(例如，宽度/直径T2，平行于底部侧向尺寸的顶部侧向尺寸)。基部宽度T1可大于顶部宽度T2(例如，可比顶部宽度T2大约50％、可比顶部宽度T2大约40％、可比顶部宽度T2大约60％、可比顶部宽度T2大任何合适的量)，以为微透镜36提供期望的形状并且减小晶种层拓扑对最终微透镜形状的影响。晶种层50-1还可具有高度(例如，高度H、竖直尺寸H)。如果需要，可调节高度H 50-1以调整微透镜36的特性(例如，微透镜36的厚度或高度)。如果需要，可调节高度H以选择合适的顶部宽度T2。例如，利用棱锥形或梯形晶种结构(例如，棱锥形或梯形前体)，可形成在最终轮廓中没有任何不期望的凹痕或凸角的微透镜36。
晶种层50-1中的晶种柱可至少用于调整微透镜36的形状(与微透镜层52结合)。换句话讲，晶种层50-1的晶种柱可具有平坦的顶表面(或尖的顶点)和倾斜侧，从而具有更好地(与具有矩形轮廓的晶种柱相比)与最终微透镜形状的曲率相关的轮廓。这样，可形成更少的沉积微透镜层和/或更薄的微透镜层52。这可以有利地减小微透镜的厚度。
此外，图4示出了可如何在其他器件层60上形成微透镜结构46。这可类似于图3的配置中的情况(例如，在层50’下方)。层60可包括结合图2所述的器件层的任何组合(例如，层44、32-1、32-2，衬底40等)。如果需要，层60可包括图2中未示出的任何附加层，诸如氮氧化物层、晶体管栅极层、遮光罩层等。如果需要，层60中的最顶层可为非平面层(具有凹入区和突起区)或可为平面层。具体地讲，当形成晶种层50-1时，晶种层50-1可在层60中的最顶部器件层之上形成。微透镜层52(例如，由相同材料形成的层52-1、52-2和52-3的组合、单个微透镜层、使用不同材料形成的多个不同微透镜层的组合等)可形成在晶种层50-1之上。
在一些实施方案中，微透镜晶种(柱)可由不规则形状形成。图5为包括具有非平面顶部的微透镜晶种的示例性微透镜结构的剖视图。在图5的示例中，微透镜晶种50-2具有不规则顶表面(例如，非平面顶表面、弯曲顶表面、凹形顶表面)。具体地讲，微透镜晶种50-2可具有上升边缘或点，或突起部分70-1和70-2(具有距微透镜晶种50-2的基部82的高度H1)以及中心处的凹陷或凹入72(具有距基部82的高度H2)。突起部分70-1和70-2可分开侧向距离T。
以这种方式形成，两个上升边缘70-1和70-2可在沉积微透镜层52之后产生具有多个(例如，两个)焦点的微透镜。例如，可沉积一种或多种氧化物、氮氧化物和氮化物材料作为微透镜层52。换句话讲，微透镜晶种50-2的顶表面的非平面形状可以转移到微透镜36的总体(最终)形状，该微透镜36具有多个凸角以呈现多个焦点。在图5的示例中，上升边缘70-1可平移(例如，用于至少部分地限定)到凸角80-1，并且上升边缘70-2可平移(例如，用于至少部分地限定)到凸角80-2。微透镜晶种50-2中的凹陷72可平移(例如，用于至少部分地限定)到微透镜36中的凹陷81。可调节突起部分70-1和70-2之间的距离T以调节凸角80-1和80-2彼此的间距(例如，可调节凸角80-1和80-2中的相应峰点之间的间距)。可使用微透镜晶种50-2的形状和曲率、微透镜晶种50-2的突起部分之间的间距和/或微透镜层的沉积速率来调整每个凸角的形状和曲率。
图5中的微透镜36的示例仅仅是示例性的。如果需要，底层晶种拓扑可在多于两个的点处凸起以形成多于两个凸角，或者可在一个点处凸起。如果需要，点70-1和70-2可位于不同高度处并且可分开距离T。如果需要，微透镜晶种50-2可具有任何合适的非平面顶表面拓扑，该拓扑由在任何不同高度集合处的合适数量的点限定。
例如，具有多个焦点的微透镜可被放置在相位检测自动聚焦像素(PDAF像素)之上。如果需要，具有多个焦点的微透镜可与任何像素一起使用以执行相位检测和/或自动聚焦操作。如果需要，具有呈现多个焦点的多个凸角的微透镜可用于任何合适的操作。
图6A为可由图5中的微透镜晶种50-2形成的具有两个凸角的微透镜36的微透镜顶表面拓扑的透视图。在图6A的示例中，微透镜36可在穿过凹入区81的竖直平面上具有双侧或平面对称性。换句话讲，凸角80-1可形成为竖直平面上的凸角80-2的镜像型式(反之亦然)。凹入区81可将凸角80-1与凸角80-2分开。在图6A的该示例中，微透镜晶种50-2(在图5中)可类似地在穿过凹入区72的竖直平面(例如，穿过凹入区72和凹入区81两者的竖直平面)上具有双侧或平面对称性。换句话讲，突起部分70-1可形成为竖直平面上的突起部分70-2的镜像型式(反之亦然)。
如果需要，图6A中的微透镜36可形成在(PDAF)像素之上。凸角80-1可与像素中的第一光敏区重叠(例如，形成在其之上)，并且凸角80-2可与像素中的第二光敏区重叠(例如，形成在其之上)。
图6B为可由图5中的微透镜50-2形成的具有连续凸角的微透镜36的微透镜顶表面拓扑的透视图。在图6B的示例中，微透镜36可围绕穿过中心凹入部分81的轴线具有径向对称性。凹入部分81可具有圆形或任何合适的弯曲形状，或者可为点。凸角80可具有连续表面，该连续表面具有从微透镜36的周边外边缘延伸到内凹入部分81的凸面形状。在图6B的该示例中，微透镜晶种50-2可类似地围绕穿过中心凹入部分72的中心轴线(例如，穿过凹入区72和凹入区81两者的中心轴线)具有径向对称性。在其他部分中，突起部分70-1和70-2可彼此连接(并且具有圆形形状)并且可侧向围绕凹入部分72(例如，可围绕中心轴线具有径向对称性)。
如果需要，图6B中的微透镜36可形成在(环形)像素(例如，具有第一内部光敏区和围绕第一内部光敏区的第二外部光敏区的像素)之上。中心凹入部分72可与至少第一(内部)光敏区重叠(例如，可形成在其之上)，并且凸角80可与至少第二(外部)光敏区重叠(例如，可形成在其之上)。
结合图5、图6A和图6B所述的微透镜拓扑和微透镜晶种拓扑仅为示例性的。如果需要，可以任何合适的方式调整微透镜晶种的拓扑，以获得微透镜36的合适拓扑。虽然未在图6A和图6B中明确示出，但是沉积微透镜层52可插置在图6A和图6B中的微透镜36的凹入部分81以及图5中的微透镜晶种50-2的凹入部分72之间。
图7示出用于形成图2-图6中所示类型的微透镜的示例性步骤。具体地讲，在步骤100处，可在现有器件拓扑之上(例如，在先前形成的滤色器层、层间电介质、半导体衬底等之上)形成晶种层。例如，可首先使用任何合适的沉积工艺(例如，用于无机材料的沉积工艺)将晶种层沉积在现有器件拓扑之上。
在步骤102处，可在晶种层中形成微透镜晶种或晶种柱(例如，通过图案化和蚀刻晶种层)。晶种柱可形成为具有所需形状(例如，图4所述的棱锥形状、图5所述的具有非平面顶部的形状、图3所述的矩形形状或任何其他合适的形状或拓扑)。例如，可选择性地蚀刻(例如，使用掩模层)晶种层以形成具有所需形状的晶种柱，该晶种柱具有所需(周边和顶部)侧面特性(例如，弯曲侧、凹入部分、倾斜侧等)。如果需要，可使用不止一个掩模层和/或不止一个蚀刻步骤来对晶种层进行图案化和蚀刻。
在步骤104处，可在晶种柱之上形成一个或多个微透镜层，以限定微透镜特性(例如，最终微透镜形状、最终微透镜高度、微透镜曲率半径、微透镜半径、微透镜凸角数、微透镜反射率等)。例如，可使用任何合适的沉积工艺(例如，用于无机材料的沉积工艺)来沉积一个或多个微透镜层。微透镜特性可在没有蚀刻平滑工艺(例如，没有蚀刻一个或多个微透镜层)的情况下限定。可通过基于不同的侧向和竖直沉积速率、使用折射率梯度、使用钝化材料、使用层间介电材料等形成一个或多个微透镜层来形成微透镜特性。
在一些配置中，在成像系统中形成微透镜的方法包括形成微透镜晶种结构，在该微透镜晶种结构之上沉积第一微透镜层，在该第一微透镜层之上和该微透镜晶种结构之上沉积第二微透镜层，以及沉积插置在第一微透镜层与第二微透镜层之间的第三微透镜层。沉积第一微透镜层、第二微透镜层和第三微透镜层可包括使用显著不同于竖直沉积速率的侧向沉积速率来沉积一种或多种无机材料。沉积的第二微透镜层可以限定微透镜的顶表面拓扑(例如，沉积的第二微透镜层可以具有与微透镜的顶表面相同的顶表面)。顶表面拓扑可具有与微透镜晶种结构的顶表面的第二曲率不同的第一曲率。
作为第一示例，形成微透镜晶种结构可包括将微透镜晶种结构的顶表面形成为平坦表面，以及将微透镜晶种结构的周边侧形成为倾斜表面。作为第二示例，形成微透镜晶种结构可包括形成具有凹入部分和突起部分的微透镜晶种结构的顶表面，该凹入部分具有距微透镜晶种结构的基部的第一高度，该突起部分具有距微透镜晶种结构的基部的第二高度，该第二高度大于第一高度，以及形成具有附加突起部分的微透镜晶种结构的顶表面，该附加突起部分具有距微透镜晶种结构的基部的第二高度，凹入部分插置在突起部分与附加突起部分之间。微透镜的顶表面拓扑可具有第一凸角和第二凸角，第一凸角至少部分地由突起部分限定，并且第二凸角至少部分地由附加突起部分限定。
在一些配置中，图像传感器可包括图像传感器像素阵列和与图像传感器像素阵列的一部分重叠的微透镜。该微透镜可包括：微透镜前体结构，该微透镜前体结构具有顶表面和与顶表面相对的基部，微透镜前体结构在顶表面处具有围绕顶表面处的凹入部分的突起部分；以及沉积微透镜层，该沉积微透镜层形成在微透镜前体结构的顶表面之上，沉积微透镜层限定微透镜的顶表面。
作为第一示例，突起部分可包括在穿过凹入部分的平面上具有平面对称性的第一突起结构和第二突起结构，第一突起结构至少部分地限定微透镜的第一凸角，并且第二突起结构至少部分地限定微透镜的第二凸角。微透镜的第一凸角可被配置为将光聚焦到图像传感器像素阵列中的第一光敏区上，并且微透镜的第二凸角可被配置为将光聚焦到图像传感器像素阵列中的第二光敏区上。作为第二示例，突起部分可围绕穿过凹入部分的轴线具有径向对称性。沉积微透镜层可具有凹陷部分，并且轴线可延伸穿过凹陷部分。突起部分可具有距基部的第一高度，该第一高度大于凹入部分距基部的第二高度。
在一些配置中，微透镜可包括微透镜晶种柱，该微透镜晶种柱具有顶表面处的顶部侧向宽度、大于顶部侧向宽度的基部处的底部侧向宽度、以及将顶表面连接到基部的倾斜侧平面，并且可包括形成在微透镜晶种柱之上的多个微透镜层，该多个微透镜层中的最顶层限定微透镜的顶表面拓扑。该最顶层可为未蚀刻的。该多个微透镜层由氧化物材料、氮化物材料和氮氧化物材料中的至少一种材料形成。
根据一个实施方案，一种在成像系统中形成微透镜的方法可包括：形成微透镜晶种结构；以及将第一微透镜层沉积在微透镜晶种结构之上。沉积的第一微透镜层可以限定微透镜的顶表面拓扑。顶表面拓扑可具有与微透镜晶种结构的顶表面的第二曲率不同的第一曲率。
根据另一个实施方案，沉积的第一微透镜层可具有与微透镜的顶表面相同的顶表面。
根据另一个实施方案，沉积第一微透镜层可包括沉积无机材料。
根据另一个实施方案，沉积第一微透镜层可包括使用显著不同于竖直沉积速率的侧向沉积速率来沉积无机材料。
根据另一个实施方案，第一微透镜层可由具有折射率梯度的梯度折射率材料形成。
根据另一个实施方案，在成像系统中形成微透镜的方法还可包括：在微透镜晶种结构之上沉积第二微透镜层；以及沉积插置在第一微透镜层和第二微透镜层之间的第三微透镜层。第一微透镜层可具有第一折射率，第二微透镜层可具有小于第一折射率的第二折射率，并且第三微透镜层可具有大于第一折射率并且小于第二折射率的第三折射率。
根据另一个实施方案，形成微透镜晶种结构可包括：将微透镜晶种结构的顶表面形成为平坦表面；以及将微透镜晶种结构的周边侧形成为倾斜表面。
根据另一个实施方案，形成微透镜晶种结构可包括形成具有凹入部分和突起部分的微透镜晶种结构的顶表面，该凹入部分具有距微透镜晶种结构的基部的第一高度，该突起部分具有距微透镜晶种结构的基部的大于第一高度的第二高度。
根据另一个实施方案，形成微透镜晶种结构可包括形成具有附加突起部分的微透镜晶种结构的顶表面，附加突起部分具有距微透镜晶种结构的基部的第二高度。凹入部分可插置在突起部分和附加突起部分之间。
根据另一个实施方案，微透镜的顶表面拓扑可具有第一凸角和第二凸角。第一凸角可至少部分地由突起部分限定，并且第二凸角可至少部分地由附加突起部分限定。
根据一个实施方案，图像传感器可包括图像传感器像素阵列；以及微透镜，该微透镜与图像传感器像素阵列的一部分重叠。微透镜可包括微透镜前体结构，该微透镜前体结构具有顶表面和与顶表面相对的基部。微透镜前体结构可在顶表面处具有围绕顶表面处的凹入部分的突起部分。微透镜还可包括形成在微透镜前体结构的顶表面之上的沉积微透镜层。沉积微透镜层可以限定微透镜的顶表面。
根据另一个实施方案，突起部分可包括在穿过凹入部分的平面上具有平面对称性的第一突起结构和第二突起结构。
根据另一个实施方案，第一突起结构可以至少部分地限定微透镜的第一凸角，并且第二突起结构可以至少部分地限定微透镜的第二凸角。
根据另一个实施方案，微透镜的第一凸角可被配置为将光聚焦到图像传感器像素阵列中的第一光敏区上，并且微透镜的第二凸角可被配置为将光聚焦到图像传感器像素阵列中的第二光敏区上。
根据另一个实施方案，突起部分可围绕穿过凹入部分的轴线具有径向对称性。
根据另一个实施方案，突起部分可具有距基部的第一高度，该第一高度大于凹入部分距基部的第二高度。
根据另一个实施方案，沉积微透镜层可具有凹陷部分，并且轴线可延伸穿过凹陷部分。
根据一个实施方案，微透镜可包括：微透镜晶种柱，该微透镜晶种柱具有顶表面处的顶部侧向宽度、大于该顶部侧向宽度的基部处的底部侧向宽度、和将顶表面连接到基部的倾斜侧平面；以及形成在微透镜晶种柱之上的多个微透镜层。多个微透镜层中的最顶层可限定微透镜的顶表面拓扑。
根据另一个实施方案，多个微透镜层可由选自氧化物材料、氮化物材料和氮氧化物材料中的至少一种材料形成。
根据另一个实施方案，最顶层可以是未蚀刻的。
根据另一个实施方案，多个微透镜层中的至少一个微透镜层可由钝化材料形成。
前述内容仅仅是对本发明原理的示例性说明，并且本领域技术人员可以进行多种修改。上述实施方案可单个实施或以任意组合方式实施。

Claims (11)

1.一种在成像系统中形成微透镜的方法，其特征在于，所述方法包括：
形成微透镜晶种结构；以及
将第一微透镜层沉积在所述微透镜晶种结构之上，其中，所沉积的第一微透镜层限定所述微透镜的顶表面拓扑，所述顶表面拓扑具有第一曲率，所述第一曲率不同于所述微透镜晶种结构的顶表面的第二曲率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所沉积的第一微透镜层具有与所述微透镜的顶表面相同的顶表面，并且其中，沉积所述第一微透镜层包括使用显著不同于竖直沉积速率的侧向沉积速率沉积无机材料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一微透镜层由具有折射率梯度的梯度折射率材料形成。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将第二微透镜层沉积在所述微透镜晶种结构之上；以及
沉积插置在所述第一微透镜层和所述第二微透镜层之间的第三微透镜层，其中，所述第一微透镜层具有第一折射率，所述第二微透镜层具有小于所述第一折射率的第二折射率，并且所述第三微透镜层具有大于所述第一折射率并且小于所述第二折射率的第三折射率。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述微透镜晶种结构包括：
将所述微透镜晶种结构的所述顶表面形成为平坦表面；以及
将所述微透镜晶种结构的周边侧形成为倾斜表面。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述微透镜晶种结构包括：
形成具有凹入部分和突起部分的所述微透镜晶种结构的所述顶表面，所述凹入部分具有距所述微透镜晶种结构的基部的第一高度，所述突起部分具有距所述微透镜晶种结构的所述基部的第二高度，所述第二高度大于所述第一高度，其中，形成所述微透镜晶种结构包括：形成具有附加突起部分的所述微透镜晶种结构的所述顶表面，所述附加突起部分具有距所述微透镜晶种结构的所述基部的所述第二高度，所述凹入部分插置在所述突起部分和所述附加突起部分之间，并且其中，所述微透镜的所述顶表面拓扑具有第一凸角和第二凸角，所述第一凸角至少部分地由所述突起部分限定，并且所述第二凸角至少部分地由所述附加突起部分限定。
7.一种图像传感器，其特征在于，包括：
图像传感器像素阵列；和
微透镜，所述微透镜与所述图像传感器像素阵列的一部分重叠，所述微透镜包括：
微透镜前体结构，所述微透镜前体结构具有顶表面和与所述顶表面相对的基部，其中，所述微透镜前体结构在所述顶表面处具有围绕所述顶表面处的凹入部分的突起部分；和
沉积微透镜层，所述沉积微透镜层形成在所述微透镜前体结构的所述顶表面之上，其中，所述沉积微透镜层限定所述微透镜的顶表面。
8.根据权利要求7所述的微透镜，其中，所述突起部分包括在穿过所述凹入部分的平面上具有平面对称性的第一突起结构和第二突起结构，其中，所述第一突起结构至少部分地限定所述微透镜的第一凸角，并且所述第二突起结构至少部分地限定所述微透镜的第二凸角，并且其中，所述微透镜的所述第一凸角被配置为将光聚焦到所述图像传感器像素阵列中的第一光敏区上，并且所述微透镜的所述第二凸角被配置为将光聚焦到所述图像传感器像素阵列中的第二光敏区上。
9.根据权利要求7所述的微透镜，其中，所述突起部分围绕穿过所述凹入部分的轴线具有径向对称性，其中，所述突起部分具有距所述基部的第一高度，所述第一高度大于所述凹入部分距所述基部的第二高度，并且其中，所述沉积微透镜层具有凹陷部分并且所述轴线延伸穿过所述凹陷部分。
10.一种微透镜，其特征在于，包括：
微透镜晶种柱，所述微透镜晶种柱具有顶表面处的顶部侧向宽度、基部处的大于所述顶部侧向宽度的底部侧向宽度、和将所述顶表面连接到所述基部的倾斜侧平面；和
多个微透镜层，所述多个微透镜层形成在所述微透镜晶种柱之上，所述多个微透镜层中的最顶层限定所述微透镜的顶表面拓扑。
11.根据权利要求10所述的微透镜，其中，所述多个微透镜层由选自氧化物材料、氮化物材料和氧氮化物材料中的至少一种材料形成，其中，所述最顶层是未蚀刻的，并且其中，所述多个微透镜层中的至少一个由钝化材料形成。
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