CN114447003A - 图像感测器及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提出一种图像感测器及其形成方法，图像感测器的形成方法包括提供基底，包括多个感测部；形成彩色滤光层于基底上；形成微透镜材料层于彩色滤光层上；以及形成硬掩模图案于微透镜材料层上，其中硬掩模图案具有第一间隙和大于第一间隙的第二间隙。图像感测器的形成方法包括回流硬掩模图案以形成多个圆盖物；将圆盖物转移至微透镜材料层以形成多个微透镜；以及形成顶膜顺应性地于微透镜上。

Description

图像感测器及其形成方法
技术领域
本发明实施例涉及图像感测器及其形成方法，尤其涉及图像感测器的微透镜的配置。
背景技术
图像感测器，如互补式金属氧化物半导体图像感测器(complementary metaloxide semiconductor image sensor,CIS)，被广泛地运用在图像拍摄设备中，如数字静止图像相机、数字摄影相机以及其他类似设备。图像感测器的光感测部可检测环境中的色彩变化，并可根据光感测部接收到的光量产生信号电荷。此外，可传输并放大在光感测部中所产生的信号电荷，从而获得图像信号。
基于工业需求，像素尺寸持续地缩小。为了维持高等级的性能，可将一组相位差自动对焦(phase difference auto focus,PDAF)像素与传统的像素整合。这组相位差自动对焦像素接收到的光可通过彩色滤光器汇聚，并收集在底部对应的感测部，而装置的图像对焦则可被检测到。然而，具有缩小的像素尺寸的图像感测器可能遭受到精准度有些许偏移，其可显著地图像元件的整体性能。因此，上述及相关问题需要通过图像感测器的设计和制造解决。
发明内容
本发明实施例的目的在于提出一种图像感测器及其形成方法，以解决上述至少一个问题。
在一实施例中，一种图像感测器的形成方法，包括：提供基底，包括多个感测部；形成彩色滤光层于基底上；形成微透镜材料层于彩色滤光层上；形成硬掩模图案于微透镜材料层上，其中硬掩模图案具有第一间隙和大于第一间隙的第二间隙；回流硬掩模图案以形成多个圆盖物；将圆盖物转移至微透镜材料层以形成多个微透镜；以及形成顶膜顺应性地于微透镜上。
在另一实施例中，一种图像感测器，包括：多组自动对焦感测单元；其中每组自动对焦感测单元包括多个感测部、彩色滤光层，设置于感测部上以及多个微透镜，设置于彩色滤光层上，且对应地于感测部上；顶膜，顺应性地设置于微透镜上；接缝，于其中一组自动对焦感测单元内的微透镜之间，且具有第一深度；以及间隙，于多组自动对焦感测单元的微透镜之间，且具有第二深度，其中第二深度大于第一深度。
本发明实施例的有益效果在于，形成一硬掩模图案于该微透镜材料层上，其中该硬掩模图案具有一第一间隙和大于该第一间隙的一第二间隙，不仅可解决每个感测部的入射光量接收不足的问题，也可达到传统相位差自动对焦像素所拥有的自动对焦功能。
附图说明
以下将配合所附附图详述本公开实施例的各面向。应注意的是，依据在业界的标准做法，各种特征并未按照比例绘制。事实上，可任意地放大或缩小各种元件的尺寸，以清楚地表现出本公开实施例的特征。
图1是根据本公开的一些实施例，图像感测器的剖面示意图。
图2A～图2E是根据本公开的一些实施例，图1的图像感测器在各种中间制造阶段的剖面示意图。
图3A～图3B是根据本公开的其他实施例，另一个图像感测器在各种中间制造阶段的剖面示意图。
图4A～图4B是根据本公开的其他实施例，另一个图像感测器在各种中间制造阶段的剖面示意图。
附图标记如下：
10:图像感测器
20:图像感测器
30:图像感测器
100A:自动对焦感测单元组
100A-L:左自动对焦感测单元
100A-R:右自动对焦感测单元
100B:自动对焦感测单元组
100B-L:左自动对焦感测单元
100B-R:右自动对焦感测单元
102:基底
104:深沟槽隔离结构
106:感测部
110:彩色滤光层
112:网格结构
114:遮光结构
120:微透镜材料层
122:微透镜
124:顶膜
130:硬掩模层
132:硬掩模图案
140:光掩膜
140a:透明部
140b:非透明部
A:第一间隙
B:第二间隙
D1:第一深度
D1’:第一深度
D2:第二深度
R1:第一曲率半径
R1’:第一曲率半径
R2:第二曲率半径
具体实施方式
以下公开提供了许多不同的实施例或范例，用于实施本发明的不同部件。组件和配置的具体范例描述如下，以简化本公开实施例。当然，这些仅仅是范例，并非用以限定本公开实施例。举例来说，叙述中提及第一部件形成于第二部件之上，可包括形成第一和第二部件直接接触的实施例，也可包括额外的部件形成于第一和第二部件之间，使得第一和第二部件不直接接触的实施例。
应理解的是，额外的操作步骤可实施于所述方法之前、之间或之后，且在所述方法的其他实施例中，部分的操作步骤可被取代或省略。
此外，其中可能用到与空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“在…上方”、“上方”、“较高的”和类似用语可用于此，以便描述如图所示一元件或部件和其他元件或部件之间的关系。这些空间用语企图包括使用或操作中的装置的不同方位，以及附图所述的方位。当装置被转至其他方位(旋转90°或其他方位)，则在此所使用的空间相对描述可同样依旋转后的方位来解读。
在本公开实施例中，“约”、“大约”、“大抵”的用语通常表示在一给定值或范围的20％之内，或10％之内，或5％之内，或3％之内，或2％之内，或1％之内，或甚至0.5％之内。在此给定的数量为大约的数量。也就是说，在没有特定说明“约”、“大约”、“大抵”的情况下，仍可隐含“约”、“大约”、“大抵”的含义。
除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与在所属技术领域中技术人员所通常理解的相同涵义。应能理解的是，这些用语，例如在通常使用的字典中定义的用语，应被解读成具有与相关技术及本公开的背景或上下文一致的意思，而不应以一理想化或过度正式的方式解读，除非在本公开实施例有特别定义。
以下所公开的不同实施例可能重复使用相同的参考符号及/或标记。这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以主导所讨论的各种实施例及/或结构之间的关系。
为了响应持续缩小的像素尺寸，每个像素的光量接收及像素之间的光量接收均匀度已经成为关键的顾虑。在图像感测器的较小像素中提升光量接收的一个方法为并入一组自动对焦感测单元(也被称为相位差自动对焦(phase difference auto focus,PDAF)像素)。根据本公开的一些实施例，当光被这组内的每个自动对焦感测单元(或像素)均匀地接收时，图像感测器将可对焦。然而，若每个自动对焦感测单元所接收的光不均匀时，则图像感测器会失焦。因此，自动对焦感测单元组可检测和追踪整体元件的图像对焦。传统上，在整组自动对焦感测单元上仅有设置单一微透镜。换言之，在其组内的所有自动对焦感测单元共享一个单一微透镜，而其余感测单元的顶部则各设有一个微透镜。在自动对焦感测单元组上的单一微透镜能使得光汇聚在一起，以达到追踪和检测的目的。举例来说，当光以倾斜角度入射时，其组内的其中一个自动对焦感测单元可接收比另一个自动对焦感测单元更大的光量，而基于自动对焦感测单元之间的信号读取，可准确地判定入射光的方向。然而，在自动对焦感测单元组上的传统微透镜会汇聚入射光，使其聚焦在自动对焦感测单元组的一个中心点。该组内的每个自动对焦感测单元可能无法接收足够的光量以反映准确的信号读取。
当工艺叠重(overlay)发生的情况下，设置在自动对焦感测单元组上的微透镜可能会对不准(misaligned)。由于每个自动对焦感测单元所接收的光量已经不足够了，微透镜叠重可造成一些自动对焦感测单元接收过多的光量，而其他自动对焦感测单元可能实质上无法接收到任何光。当上述情形发生时，自动对焦感测单元之间的信号读取可能会很严重地失准，而入射光方向的判定也可能会失准。本公开实施例提供一种创新的微透镜配置方法来解决上述问题。本公开实施例的微透镜可使得该组内的每个自动对焦感测单元接收到足够的光量，从而增加工艺宽裕度(process window)。因此，即使工艺叠重的情形发生，自动对焦感测单元之间的信号读取仍可被适当地使用以追踪和检测入射光。再者，本公开实施例也包括涂布于微透镜上的顶膜以提升图像感测器的自动对焦功能。
图1是根据本公开的一些实施例，图像感测器10的剖面示意图。在一些实施例中，图像感测器实际上可包括数百万颗感测单元。为了简洁的目的，图1仅呈现实际图像感测器的一部分。图1中所示的图像感测器10包括设置邻近于彼此的两组自动对焦感测单元100A和100B。从图像感测器10的上示图(未示出)来看，自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B的可各包括四个感测单元排列成2×2，但本公开实施例并不以此为限。举例来说，从上示图来看，自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B可被排列成1×2或2×1。在一些实施例中，从上示图来看，自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B可被排列成3×3、4×4或5×5。为了例示性目的，自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B皆包括一个左自动对焦感测单元和一个右自动对焦感测单元。特别是，自动对焦感测单元组100A包括左自动对焦感测单元100A-L和右自动对焦感测单元100A-R，而自动对焦感测单元组100B包括左自动对焦感测单元100B-L和右自动对焦感测单元100B-R。
应注意的是，如图1所示，自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B各具有多个微透镜122，而非传统的单一微透镜。左自动对焦感测单元100A-L和右自动对焦感测单元100A-R，或左自动对焦感测单元100B-L和右自动对焦感测单元100B-R，各具有一个微透镜122设置于其顶部，并对应每个自动对焦感测单元的感测部106。这样的修改可通过允许足够的入射光量传输至图像感测器10的每个感测部106以增加工艺宽裕度。于此同时，微透镜122可包括不同的间隙于其间，而一起纳入顶膜124可提升自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B的自动对焦功能。
参考图1，自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B各包括多个感测部106、彩色滤光层110以及微透镜122。多个感测部106可埋入于基底102内。基底102还包括多个深沟槽隔离(deep trench isolation,DTI)结构104埋入于其内，其中多个深沟槽隔离结构104将每个感测部106隔开，并定义每个自动对焦感测单元的尺寸。在一些实施例中，基底102可为图像感测器10的所有自动对焦感测单元所共享的单一结构。
在一些实施例中，基底102可为例如晶片或裸片，但本公开实施例并不以此为限。在一些实施例中，基底102可为半导体基底，例如硅基底。此外，在一些实施例中，半导体基底亦可为：元素半导体(elemental semiconductor)，包括锗(germanium)；化合物半导体(compound semiconductor)，包含氮化镓(gallium nitride,GaN)、碳化硅(siliconcarbide,SiC)、砷化镓(gallium arsenide,GaAs)、磷化镓(gallium phosphide,GaP)、磷化铟(indium phosphide,InP)、砷化铟(indium arsenide,InAs)及/或锑化铟(indiumantimonide,InSb)；合金半导体(alloy semiconductor)，包含硅锗(silicon germanium,SiGe)合金、磷砷镓(gallium arsenide phosphide,GaAsP)合金、砷铝铟(aluminum indiumarsenide,AlInAs)合金、砷铝镓(aluminum gallium arsenide,AlGaAs)合金、砷镓铟(gallium indium arsenide,GaInAs)合金、磷镓铟(gallium indium phosphide,GaInP)合金及/或砷磷镓铟(gallium indium arsenide phosphide,GaInAsP)合金或其组合。在一些实施例中，基底102可为光电转换(photoelectric conversion)基底，如硅基底或有机光电转换层。
在其他实施例中，基底102也可以是绝缘层上半导体(semiconductor oninsulator,SOI)基底。绝缘层上半导体基底可包含底板、设置于底板上的埋入式氧化物(buried oxide,BOX)层以及设置于埋入式氧化物层上的半导体层。此外，基底102可为N型或P型导电类型。
如上述，基底102可包括多个深沟槽隔离结构104以定义主动区，并电性隔离基底102内或基底102上的主动区部件，但本公开实施例并不以此为限。在一些实施例中，可套用其他隔离结构作为替代方案。浅沟槽隔离(shallow trench isolation,STI)结构和局部硅氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)为其他隔离结构的范例。在一些实施例中，形成多个深沟槽隔离结构104可包括例如在基底102上形成绝缘层，选择性地蚀刻绝缘层和基底102以形成由基底102顶面延伸至基底102内的沟槽，其中沟槽位于邻近感测部106之间。接着，形成多个深沟槽隔离结构104可包括沿着沟槽成长富含氮(如氧氮化硅(siliconoxynitride,SiON))的衬层，再以沉积工艺将绝缘材料(例如二氧化硅(silicon dioxide,SiO2)、氮化硅(silicon nitride,SiN)或氮氧化硅)填入沟槽中。之后，对沟槽中的绝缘材料进行退火工艺，并对基底102进行平坦化工艺以移除多余的绝缘材料，使沟槽中的绝缘材料与基底102的顶面齐平。
在一些实施例中，基底102可包括各种以如离子注入及/或扩散工艺所形成的P型掺杂区及/或N型掺杂区(未示出)。在一些实施例中，可在主动区(以多个深沟槽隔离结构104所定义)形成晶体管、光电二极管(photodiode)或其他类似元件。
如上述，自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B可各包括设置于基底102上的彩色滤光层110。在一些实施例中，彩色滤光层110的高度可在介于大约0.3μm和2.0μm之间。在一些实施例中，彩色滤光层110可包括多个单元，其可为红色、绿色、蓝色、白色或红外线(infrared)。彩色滤光层110的每个单元可对应至图像感测器10的个别感测部106，而每个单元的颜色取决于自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B的个别需求。个别感测部106(如光电二极管)可针对自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B各别将接收的光信号转换成电子信号。在一些实施例中，同一组的自动对焦感测单元可具有相同的颜色单元。在一些实施例中，通过网格结构112将自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B彼此分隔开，网格结构112将于后续详述。根据本公开的一些实施例，在基底102上并在网格结构112所定义的空间中沉积彩色滤光层110。可通过一系列的涂布、曝光、和显影工艺形成彩色滤光层110。替代地，可通过喷墨印刷(ink-jetprinting)形成彩色滤光层110。
参考图1，在彩色滤光层110的一或多个单元之间设置网格结构112。举例来说，网格结构112的中线(未示出)可定义自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B的边界。根据本公开的一些实施例，网格结构112可具有低于彩色滤光层110的折射率(refractive index)。折射率物质改变光速的特性，其为真空中的光速除以物质中的光速所获得的数值。当光在两个不同的材料之间以一个角度传播时，折射率决定了光传播(折射)的角度。根据本公开的一些实施例，网格结构112的折射率在介于大约1.00和1.99之间。当入射光进入彩色滤光层110时，网格结构112可在特定单元内隔离光线以达到光阱(light-trapping)作用。
网格结构112的材料可包括透明介电材料。首先，在基底102上涂布隔离材料层。接着，在隔离材料层上涂布硬掩模层(未示出)。在一些实施例中，硬掩模层的材料为光刻胶。对硬掩模层进行光刻工艺以图案化。接着，通过使用图案化后的硬掩模层对隔离材料层进行蚀刻工艺。蚀刻工艺可为干蚀刻。在蚀刻工艺之后，在基底102上移除一部分的隔离材料层，并在其中形成多个开口。如前述，后续将以彩色滤光层110填入开口。
继续参考图1，在基底102上介于自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B之间设置遮光结构114。在一些实施例中，遮光结构114埋入于网格结构112内。在一些实施例中，网格结构112的高度可大于或等于遮光结构114，取决于图像感测器10的设计需求。在一些实施例中，遮光结构114跨越自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B的边界。换言之，遮光结构114是设置成由任意两个邻近的自动对焦感测单元所共享。遮光结构114的配置可避免其中一个在所对应的彩色滤光层110的单元下方的感测部106接收到来自不同颜色的邻近单元的光线，其可影响信号接收的准确度。在本公开的一些实施例中，遮光结构114的高度可介于大约0.005μm和2.000μm之间。在一些实施例中，遮光结构114的材料可包括不透明金属(如钨(tungsten,W)、铝(aluminum,Al))、不透明金属氮化物(如氮化钛(titanium nitride,TiN))、不透明金属氧化物(如氧化钛(titanium oxide,TiO))、其他合适材料或其组合，但本公开实施例并不以此为限。可通过在基底102上沉积金属层，然后使用光刻和蚀刻工艺图案化金属层来形成遮光结构114，但本公开实施例并不以此为限。
继续参考图1，在彩色滤光层110和网格结构112上设置微透镜材料层120。根据本公开的一些实施例，在透镜材料层120上设置多个微透镜122，其多个微透镜122对应多个感测部106。如先前所陈述，设置在自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B上的传统单一微透镜会导致光大部分汇聚在自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B的中心点上。不幸地，当使用传统单一微透镜时，自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B的中心点深沟槽隔离结构104的位置，而非任何感测部106的位置。因此，本公开的图像感测器10设计成具有多个微透镜122对应地于多个感测部106上。图1所示的所得的结构可使得入射光大部分汇聚在每个感测部106上，因此解决了光汇聚的问题。
再者，本公开的微透镜122设计成具有两个或更多不同的间隙以改善自动对焦功能。应注意的是，形成多个微透镜122(而非单一微透镜)可能无意间使自动对焦功能失效。由于每个自动对焦感测单元包括各自的微透镜122，而多个微透镜122为相同的，每个感测部106的光接收将大致上相同。在该组内的自动对焦感测单元之间的信号读取无法让使用者追踪并检测入射光，因而无法判定入射光的方向。为了克服这个问题，在自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B的同一组内的两个邻近的微透镜122之间与在自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B的两个邻近的微透镜122之间是设计成具有不同的间隙。举例来说，在自动对焦感测单元组100A的左自动对焦感测单元100A-L上的微透镜122和右自动对焦感测单元100A-R上的微透镜122之间的间隙小于在自动对焦感测单元组100A的右自动对焦感测单元100A-R上的微透镜122和在自动对焦感测单元组100B的左自动对焦感测单元100B-L上的微透镜122之间的间隙。经研究发现，微透镜122之间的不同间隙可允许图像感测器10恢复原本的自动对焦功能。
再者，在本公开实施例中导入顶膜124以进一步强化图像感测器10的自动对焦功能。如图1所示，在多个微透镜122的表面上(以及微透镜材料层120的露出表面上)顺应性地沉积顶膜124之后，在自动对焦感测单元组100A的左自动对焦感测单元100A-L上的微透镜122和右自动对焦感测单元100A-R上的微透镜122之间的间隙变成具有第一深度D1的接缝，而在自动对焦感测单元组100A的右自动对焦感测单元100A-R上的微透镜122和在自动对焦感测单元组100B的左自动对焦感测单元100B-L上的微透镜122之间的间隙具有第二深度D2，其中第一深度D1小于第二深度D2。再者，第一深度D1定义了自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B内的微透镜122之间的接缝，而微透镜122在接缝内的部分具有第一曲率半径R1。第二深度D2定义了自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B的微透镜122之间的间隙，而微透镜122在间隙内的部分具有第二曲率半径R2。根据本公开的一些实施例，第一曲率半径R1大于第二曲率半径R2。微透镜122之间的间隙尺寸差异、间隙深度差异、和曲率半径差异的结合可使得图像感测器10恢复自动对焦功能，而每个感测部106可接收足够的入射光量。
如图1所示，根据一些实施例，本公开的图像感测器包括多组自动对焦感测单元100A/100B；每组自动对焦感测单元100A/100B包括多个感测部106、设置于感测部106上的彩色滤光层110以及设置于彩色滤光层110上且对应地于感测部106上的多个微透镜122。图像感测器包括顺应性地设置于微透镜122上的顶膜124；于其中一组自动对焦感测单元100A/100B内的微透镜122之间的接缝，且具有第一深度D1；以及于多组自动对焦感测单元100A/100B的微透镜122之间的间隙，且具有第二深度D2，其中第二深度D2大于第一深度D1。
图2A～图2E是根据本公开的一些实施例，图像感测器10在各种中间制造阶段的剖面示意图。由于本公开实施例主要聚焦在微透镜122和顶膜124，基底102、多个深沟槽隔离结构104、多个感测部106、彩色滤光层110、网格结构112以及遮光结构114的工艺特征将不会于此详述。根据本公开的一些实施例，在彩色滤光层110和网格结构112的顶表面上设置微透镜材料层120。在一些实施例中，微透镜材料层120的材料可为透明材料。举例来说，其材料可包括玻璃、环氧树脂、硅树脂、聚氨酯(polyurethane)、任何其他合适的材料或其组合，但本公开实施例并不以此为限。接着，在微透镜材料层120上形成硬掩模层130。在一些实施例中，硬掩模层130包括任何含树脂材料或其组合。在一些实施例中，硬掩模层130可具有小于微透镜材料层120的厚度。在本实施例中，导入光掩膜140于图像感测器10的制造，且特别是针对硬掩模层130的图案化。根据本公开的一些实施例，光掩膜140可包括各种的透明部140a和非透明部140b，其用于光刻工艺期间以图案化硬掩模层130。
在一些实施例中，光刻工艺可包括通过旋转涂布(spin-on coating)在硬掩模层130上形成光刻胶(未示出)，接着使用光掩膜140对光刻胶进行曝光工艺。在本实施例中，光掩膜140的非透明部140b可定义硬掩模层130欲保留的部分，而光掩膜140的透明部140a可定义硬掩模层130欲移除的其它部分。光掩膜140设计使透明部140a具有特定的宽度，其可对应后续形成的硬掩模图案132内的间隙尺寸。在曝光之后，对光刻胶进行显影工艺。然后，通过图案化后的光刻胶蚀刻硬掩模层130，因而完成硬掩模层130的图案化。
参考图2B，经过光刻图案化和蚀刻后，硬掩模层130可形成硬掩模图案132。根据光掩膜140的预定设计，硬掩模图案132可包括介于硬掩模层130的剩余部分之间的第一间隙A和第二间隙B。根据本公开的一些实施例，第一间隙A的尺寸介于自动对焦感测单元的尺寸的约10％和20％之间，其自动对焦感测单元的尺寸由多个深沟槽隔离结构104所定义，而第二间隙B的尺寸介于自动对焦感测单元的尺寸的约30％和40％之间，其自动对焦感测单元的尺寸亦由多个深沟槽隔离结构104所定义。
参考图2C，对硬掩模图案132进行回流工艺。通过在高于硬掩模层130的玻璃转变温度(transition temperature)的温度下加热硬掩模图案132以进行回流工艺。举例来说，可在介于约130℃和160℃之间的温度下，以合适的持续时间(取决于硬掩模层130的材料)进行回流工艺。应注意的是，在回流工艺之前，硬掩模图案132实质上为矩形的，而在回流工艺之后，硬掩模图案132可成为圆盖物。再者，回流工艺将改变第一间隙A和第二间隙B在硬掩模图案132的底部所测量的尺寸。具体而言，回流工艺将缩小第一间隙A和第二间隙B的尺寸大约10％至30％。
参考图2D，根据本公开的一些实施例，通过干蚀刻工艺同时地蚀刻回流后的硬掩模图案132和微透镜材料层120。在一些实施例中，可进行一或多个循环的干蚀刻工艺，直到硬掩模图案132的形状完全地转移至微透镜材料层120。应注意的是，在干蚀刻工艺期间，仅蚀刻微透镜材料层120的顶部，而微透镜材料层120的剩余底部不被蚀刻。在一些实施例中，干蚀刻工艺可使用蚀刻气体，包括四氟化碳(CF4)、三氟甲烷(CHF3)、八氟环丁烷(C4F8)、三氟化氮(NF3)、氧气(O2)、二氧化碳(CO2)、氮气(N2)或其组合，且可稀释于氩气(Ar2)中。在本实施例中，硬掩模图案132对微透镜材料层120的蚀刻选择比可控制介于约1:1和1:3之间。在干蚀刻工艺之后，微透镜材料层120的顶部可产生多个微透镜122，而微透镜材料层120的底部可作为微透镜122的基座。
参考图2E，在多个微透镜122的顶表面上和微透镜材料层120的底部的露出表面上顺应性地沉积顶膜124。在一些实施例中，顶膜124为连续结构，其覆盖图像感测器10的整体表面。根据本公开的一些实施例，顶膜124的材料具有低于微透镜122(或微透镜材料层120)的折射率。在一些实施例中，顶膜124可为透明材料，包括例如玻璃、环氧树脂、硅树脂、聚氨酯、其他合适的材料或其组合，但本公开实施例并不以此为限。顶膜124的形成可包括沉积工艺，其可包括例如旋转涂布工艺、化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition,PVD)、原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)、其他合适方法或其组合。
根据本公开的一些实施例，图2A～图2E示出制造图像感测器10的工艺流程。通过具有两个不同预定间隔(第一间隙A和第二间隙B)的硬掩模图案132，可得到具有两种间隙的微透镜122：在自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B内的一种相对较小的间隙，以及介于自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B之间的另一种相对较大的间隙。根据本公开的一些实施例，纳入顶膜124可增加两个间隙之间的尺寸差异。再者，在沉积顶膜124之后，相对较小的间隙可变成接缝，其具有第一深度D1，其小于相对较大的间隙的第二深度D2。微透镜122的上述特征，不仅可解决每个感测部106的入射光量接收不足的问题，也可达到传统相位差自动对焦像素所拥有的自动对焦功能。
图3A和图3B是根据本公开的其他实施例，另一个图像感测器在各种中间制造阶段的剖面示意图。图3A和图3B示出图像感测器20的工艺流程。相较于图2E所示的图像感测器10，图像感测器20的自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B内的微透镜122彼此邻接。图像感测器20的基底102、多个深沟槽隔离结构104、多个感测部106、彩色滤光层110、网格结构112以及遮光结构114的特征与图像感测器10类似，将不于此重复赘述。
参考图3A，在此实施例中的光掩膜140(为了简化未示出)设计使得在自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B内得到的微透镜122实质上地彼此邻接。图像感测器20的自动对焦感测单元组100A的右自动对焦感测单元100A-R上的微透镜122和自动对焦感测单元组100B的左自动对焦感测单元100B-L上的微透镜122之间的间隙实质上地等于图像感测器10的自动对焦感测单元组100A的右自动对焦感测单元100A-R上的微透镜122和自动对焦感测单元组100B的左自动对焦感测单元100B-L上的微透镜122之间的间隙。
参考图3B，在多个微透镜122的顶表面上和微透镜材料层120的底部的露出表面上顺应性地沉积顶膜124。在一些实施例中，顶膜124为连续结构，其覆盖图像感测器20的整体表面。根据本公开的一些实施例，顶膜124的材料具有低于微透镜122(或微透镜材料层120)的折射率。在沉积顶膜124之后，在自动对焦感测单元组100A的左自动对焦感测单元100A-L上的微透镜122和右自动对焦感测单元100A-R上的微透镜122之间的接缝具有第一深度D1’，而在自动对焦感测单元组100A的右自动对焦感测单元100A-R上的微透镜122和在自动对焦感测单元组100B的左自动对焦感测单元100B-L上的微透镜122之间的间隙具有第二深度D2，其中第一深度D1’小于第二深度D2。应注意的是，图像感测器20的第一深度D1’小于图像感测器10的第一深度D1，而图像感测器20的第二深度D2实质上地等于图像感测器10的第二深度D2。
继续参考图3B，第一深度D1’定义了自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B内的微透镜122之间的接缝，而微透镜122在接缝内的部分具有第一曲率半径R1’。第二深度D2定义了自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B的微透镜122之间的间隙，而微透镜122在间隙内的部分具有第二曲率半径R2。根据本公开的一些实施例，第一曲率半径R1’大于第二曲率半径R2。应注意的是，图像感测器20的第一曲率半径R1’大于图像感测器10的第一曲率半径R1，而图像感测器20的第二曲率半径R2实质上地等于图像感测器10的第二曲率半径R2。相较于图像感测器10，图像感测器20的所得结构示出了第一深度D1’和第二深度D2之间的差异以及第一曲率半径R1’和第二曲率半径R2之间的差异皆大于图像感测器10的第一深度D1和第二深度D2之间的差异以及第一曲率半径R1和第二曲率半径R2之间的差异。在一些实施例中，图像感测器20可具有比图像感测器10更有效的自动对焦功能以追踪并检测入射光。
图4A和图4B是根据本公开的其他实施例，另一个图像感测器在各种中间制造阶段的剖面示意图。图4A和图4B示出图像感测器30的工艺流程。相较于图2E所示的图像感测器10和图3B所示的图像感测器20，图像感测器30的自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B内的微透镜122彼此重叠。图像感测器30的基底102、多个深沟槽隔离结构104、多个感测部106、彩色滤光层110、网格结构112以及遮光结构114的特征与图像感测器10或图像感测器20类似，将不于此重复赘述。
参考图4A，在此实施例中的光掩膜140(为了简化未示出)设计使得在自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B内得到的微透镜122实质上地彼此重叠。图像感测器30的自动对焦感测单元组100A的右自动对焦感测单元100A-R上的微透镜122和自动对焦感测单元组100B的左自动对焦感测单元100B-L上的微透镜122之间的间隙实质上地等于图像感测器10或图像感测器20的自动对焦感测单元组100A的右自动对焦感测单元100A-R上的微透镜122和自动对焦感测单元组100B的左自动对焦感测单元100B-L上的微透镜122之间的间隙。
参考图4B，在多个微透镜122的顶表面上和微透镜材料层120的底部的露出表面上顺应性地沉积顶膜124。在一些实施例中，顶膜124为连续结构，其覆盖图像感测器30的整体表面。根据本公开的一些实施例，顶膜124的材料具有低于微透镜122(或微透镜材料层120)的折射率。在沉积顶膜124之后，在自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B内的微透镜122之间形成实质的圆滑顶表面，其中已不存在第一深度D1，而在自动对焦感测单元组100A的右自动对焦感测单元100A-R上的微透镜122和在自动对焦感测单元组100B的左自动对焦感测单元100B-L上的微透镜122之间的间隙仍具有第二深度D2。应注意的是，图像感测器30的第二深度D2实质上地等于图像感测器10或图像感测器20的第二深度D2。
继续参考图4B，应注意的是，特别在此实施例中，顶膜124覆盖自动对焦感测单元组100A或自动对焦感测单元组100B的部分从外观上呈现为单一微透镜结构，其非常类似于传统的相位差自动对焦像素结构。第二深度D2定义了自动对焦感测单元组100A和自动对焦感测单元组100B的微透镜122之间的间隙，而微透镜122在间隙内的部分具有第二曲率半径R2。相较于图像感测器10和图像感测器20，图像感测器30的所得结构从外观上示出了仅具有一个特定深度(例如第二深度D2)和一个特定曲率半径(例如第二曲率半径R2)。这样一来，图像感测器30的功能可作为传统的相位差自动对焦像素以追踪并检测入射光，却没有感测部106的入射光量接收不足的问题。
以上概述数个实施例的部件，以便在所属技术领域中技术人员可以更理解本公开实施例的观点。在所属技术领域中技术人员应该理解，他们能以本公开实施例为基础，设计或修改其他工艺和结构以达到与在此介绍的实施例相同的目的及/或优势。在所属技术领域中技术人员也应该理解到，此类等效的结构并无悖离本公开实施例的精神与范围，且他们能在不违背本公开实施例的精神和范围之下，做各式各样的改变、取代和替换。因此，本公开实施例的保护范围当视随附的权利要求所界定者为准。另外，虽然本公开已以数个较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本公开实施例的范围。
整份说明书对特征、优点或类似语言的引用，并非意味可以利用本公开实施例实现的所有特征和优点应该或者可以在本公开的任何单一实施例中实现。相对地，涉及特征和优点的语言被理解为其意味着结合实施例描述的特定特征、优点或特性包括在本公开的至少一个实施例中。因而，在整份说明书中对特征和优点以及类似语言的讨论可以但不一定代表相同的实施例。
再者，在一或多个实施例中，可以任何合适的方式组合本公开实施例的所描述的特征、优点和特性。根据本文的描述，在所属技术领域中技术人员将意识到，可在没有特定实施例的一个或多个特定特征或优点的情况下实现本公开实施例。在其他情况下，在某些实施例中可辨识附加的特征和优点，这些特征和优点可能不存在于本公开的所有实施例中。

Claims (10)

1.一种图像感测器的形成方法，包括：
提供一基底，包括多个感测部；
形成一彩色滤光层于该基底上；
形成一微透镜材料层于该彩色滤光层上；
形成一硬掩模图案于该微透镜材料层上，其中该硬掩模图案具有一第一间隙和大于该第一间隙的一第二间隙；
回流该硬掩模图案以形成多个圆盖物；
将多个所述圆盖物转移至该微透镜材料层以形成多个微透镜；以及
形成一顶膜顺应性地于多个所述微透镜上。
2.如权利要求1所述的图像感测器的形成方法，其中该基底还包括多个深沟槽隔离结构将多个所述感测部分隔开，其中形成多个所述深沟槽隔离结构定义一自动对焦感测单元的尺寸。
3.如权利要求2所述的图像感测器的形成方法，其中两个或更多该自动对焦感测单元构成一组自动对焦感测单元，在形成该彩色滤光层于该基底上之前，还包括形成一网格结构于该彩色滤光层内，其中该网格结构围绕该组自动对焦感测单元。
4.如权利要求3所述的图像感测器的形成方法，在形成该网格结构之前，还包括形成一遮光结构埋入于该网格结构内，其中形成该硬掩模图案的步骤包括形成该第一间隙于该网格结构内，其中形成该硬掩模图案的步骤包括形成该第二间隙于该网格结构正上方。
5.如权利要求2所述的图像感测器的形成方法，其中该第一间隙在该自动对焦感测单元的尺寸的10％和20％之间，且该第二间隙在该自动对焦感测单元的尺寸的30％和40％之间。
6.如权利要求1所述的图像感测器的形成方法，其中多个所述微透镜仅形成于该微透镜材料层的一顶部，其中该顶膜的折射率低于多个所述微透镜的折射率。
7.一种图像感测器，包括：
多组自动对焦感测单元；
其中每组自动对焦感测单元包括多个感测部、一彩色滤光层，设置于多个所述感测部上以及多个微透镜，设置于该彩色滤光层上，且对应地于多个所述感测部上；
一顶膜，顺应性地设置于多个所述微透镜上；
一接缝，于其中一组自动对焦感测单元内的多个所述微透镜之间，且具有一第一深度；以及
一间隙，于所述多组自动对焦感测单元的多个所述微透镜之间，且具有一第二深度，其中该第二深度大于该第一深度。
8.如权利要求7所述的图像感测器，其中多个所述感测部埋入于一基底内，其中该基底还包括多个深沟槽隔离结构将多个所述感测部分隔开。
9.如权利要求7所述的图像感测器，还包括一网格结构，于该彩色滤光层内，以及一遮光结构埋入于该网格结构内，其中该网格结构将每组自动对焦感测单元分隔开。
10.如权利要求7所述的图像感测器，其中多个所述微透镜在该接缝内的一部分具有一第一曲率半径，多个所述微透镜在该间隙内的一不同部分具有一第二曲率半径，而该第一曲率半径大于该第二曲率半径，其中在每组自动对焦感测单元的每个微透镜彼此分隔开、彼此邻接或彼此重叠，其中该顶膜的折射率低于多个所述微透镜的折射率。
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