CN115084172A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

一种半导体装置，包含基板，基板具有多个光电转换元件。半导体装置也包含第一遮光层，第一遮光层设置于基板之上并具有多个第一孔洞。半导体装置还包含光调整结构，光调整结构设于第一遮光层之上。半导体装置包含第二遮光层，第二遮光层设于光调整结构之上并具有多个第二孔洞。半导体装置包含多个第一聚光结构，第一聚光结构设于第二遮光层之上并覆盖第二孔洞。半导体装置还包含第三遮光层，第三遮光层设置于第一聚光结构之上并具有多个第三孔洞。半导体装置包含多个第二聚光结构，第二聚光结构覆盖第三孔洞。半导体装置也包含第一透光层，第一透光层设于第二遮光层与第三遮光层之间。每个第一聚光结构的折射率与第一透光层的折射率不同。

Description

半导体装置
技术领域
本公开实施例涉及一种半导体装置，尤其涉及一种用于接收和收集倾斜光的半导体装置。
背景技术
半导体装置可被用于各种应用中。举例来说，近年来，具有光电转换元件的半导体装置常被用来作为生物辨识装置(biometric device)，例如：指纹辨识装置、脸部辨识装置、虹膜辨识装置等。生物辨识装置可使用人们的固有的物理特征(例如，指纹、面相、虹膜等)来验证其身份，且生物辨识装置常用于可携式装置(例如，手机、平板电脑、笔记本电脑等)。生物辨识装置的这类应用为使用者带来安全与便捷的使用者体验。
然而，现有的生物辨识装置并非在各方面皆令人满意。举例来说，用于手机或平板的屏幕下指纹辨识的生物辨识装置必须感测并收集倾斜的入射光，但具有较大的入射角(例如，大于50度)的倾斜的入射光可能引起(慧形(comatic))像差(aberration)，从而导致来自生物辨识装置的光电转换元件的图像信号品质降低。
发明内容
在本公开的一些实施例中，半导体装置包含至少两个聚光结构及设置于两个聚光结构之间的一透光层，且较低的聚光结构的折射率与透光层的折射率不同，因此可有效减少(慧形)像差，从而改善来自半导体装置的光电转换元件的图像信号的品质。
根据本公开的一些实施例，提供一种半导体装置。半导体装置包含基板，基板具有多个光电转换元件。半导体装置也包含第一遮光层，第一遮光层设置于基板之上并具有对应于光电转换元件的多个第一孔洞。半导体装置还包含光调整结构，光调整结构设置于第一遮光层之上。此外，半导体装置包含第二遮光层，第二遮光层设置于光调整结构之上并具有对应于第一孔洞的多个第二孔洞。半导体装置也包含多个第一聚光结构，第一聚光结构设置于第二遮光层之上并覆盖第二孔洞。半导体装置还包含第三遮光层，第三遮光层设置于第一聚光结构之上并具有对应于第二孔洞的多个第三孔洞。再者，半导体装置包含多个第二聚光结构，第二聚光结构设置于第三遮光层之上并覆盖第三孔洞。半导体装置也包含第一透光层，第一透光层设置于第二遮光层与第三遮光层之间。每个第一聚光结构的折射率与第一透光层的折射率不同。
在一些实施例中，每个第一聚光结构的折射率高于第一透光层的折射率。
在一些实施例中，第一聚光结构为凸微透镜。
在一些实施例中，每个第一聚光结构的折射率介于1.5至2.5。
在一些实施例中，每个第一聚光结构的折射率低于第一透光层的折射率。
在一些实施例中，第一聚光结构为凹微透镜。
在一些实施例中，每个第一聚光结构的折射率介于1.0至1.5。
在一些实施例中，每个第一聚光结构的中心轴与每个第二聚光结构的中心轴分开。
在一些实施例中，每个光电转换元件对应于一个第一聚光结构及一个第二聚光结构。
在一些实施例中，每个第一聚光结构覆盖一个第二孔洞。
在一些实施例中，每个第一聚光结构的中心轴与对应的第二聚光结构的中心轴重叠。
在一些实施例中，每个第一聚光结构覆盖至少两个第二孔洞。
在一些实施例中，每个第一聚光结构对应于一个第三孔洞。
在一些实施例中，每个第一聚光结构的直径大于每个第二聚光结构的直径。
在一些实施例中，半导体装置还包含第二透光层，第二透光层设置于光调整结构与第二遮光层之间。
在一些实施例中，每个第一聚光结构的折射率与每个第二聚光结构的折射率不同。
在一些实施例中，第一透光层与第二遮光层、第一聚光结构、第三遮光层及第二聚光结构直接接触。
在一些实施例中，光调整结构为红外光截止滤光片。
在一些实施例中，每个第一聚光结构及每个第二聚光结构具有球形表面、非球形表面或自由形式表面。
在一些实施例中，光电转换元件用于感测多数入射光，且每道入射光具有在1度至80度的范围内的入射角。
本公开的有益效果在于，根据本公开一些实施例的半导体装置包含至少两个聚光结构及设置于两个聚光结构之间的一透光层，且较低的聚光结构的折射率与透光层的折射率不同，因此可有效减少(慧形)像差，从而改善来自半导体装置的光电转换元件的图像信号的品质。
附图说明
以下将配合所附附图详述本公开实施例。应注意的是，各种特征部件并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，元件的尺寸可能经放大或缩小，以清楚地表现出本公开实施例的技术特征。
图1示出根据本公开一实施例的半导体装置的部分剖面图。
图2示出根据本公开另一实施例的半导体装置的部分剖面图。
图3示出根据本公开一实施例的半导体装置的部分剖面图。
图4示出根据本公开另一实施例的半导体装置的部分剖面图。
附图标记如下：
100,102,104,106:半导体装置
10:基板
11,11a:光电转换元件
21:第一遮光层
21H:第一孔洞
23:第二遮光层
23H:第二孔洞
25:第三遮光层
25H:第三孔洞
30:光调整结构
41,41’42,42’:第一聚光结构
43:第二聚光结构
51:第一透光层
53:第二透光层
C1,C1’,C2,C2’:第一聚光结构的中心轴
C3:第二聚光结构的中心轴
D41:第一聚光结构的直径
D43:第二聚光结构的直径
L:入射光
θ:入射角
具体实施方式
以下的公开内容提供许多不同的实施例或范例以实施本案的不同特征。以下的公开内容叙述各个构件及其排列方式的特定范例，以简化说明。当然，这些特定的范例并非用以限定。例如，若是本公开实施例叙述了一第一特征部件形成于一第二特征部件之上或上方，即表示其可能包含上述第一特征部件与上述第二特征部件是直接接触的实施例，亦可能包含了有附加特征部件形成于上述第一特征部件与上述第二特征部件之间，而使上述第一特征部件与第二特征部件可能未直接接触的实施例。
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…之下”、“下方”、“下”、“在…之上”、“上方”、“上”及类似的用词，这些空间相关用词为了便于描述图示中一个(些)元件或特征部件与另一个(些)元件或特征部件之间的关系，这些空间相关用词包括使用中或操作中的装置的不同方位，以及附图中所描述的方位。当装置被转向不同方位时(旋转90度或其他方位)，则其中所使用的空间相关形容词也将依转向后的方位来解释。
除非另外定义，在此使用的全部用语(包括技术及科学用语)具有与此篇公开所属的本领域技术人员所通常理解的相同涵义。应理解的是，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，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。
在本公开实施例中的半导体装置可用作生物辨识装置，例如：指纹辨识装置，但本公开实施例并非以此为限。本公开实施例中所示的半导体装置也可依据需求应用于其他用于感测和收集倾斜的入射光的合适的装置。
图1示出根据本公开一实施例的半导体装置100的部分剖面图。应注意的是，为了简便起见，图1中可能省略半导体装置100的一些部件。
参照图1，在一些实施例中，半导体装置100包含基板10。举例来说，基板10的材料可包含元素半导体(例如，硅或锗)、化合物半导体(例如，碳化钽(TaC)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)或磷化铟(InP))、合金半导体(例如，硅锗(SiGe)、碳化硅锗(SiGeC)、磷化砷镓(GaAsP)或磷化铟镓(GaInP))、其他合适的半导体或前述的组合，但本公开实施例并非以此为限。
在一些实施例中，基板10为绝缘层上半导体基板(semiconductor-on-insulator(SOI)substrate)。举例来说，基板10可为绝缘层上硅基板或绝缘层上锗基板，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，基板10可为半导体晶片(例如，硅晶片或其他合适的半导体晶片)。在一些实施例中，基板10包含各种导电特征(例如，导线(conductive line)或导孔(via))。举例来说，前述导电特征可由铝(Al)、铜(Cu)、钨(W)、其各自的合金、其他合适的导电材料或前述的组合所形成，但本公开实施例并非以此为限。
如图1所示，在一些实施例中，基板10具有多个光电转换元件11。举例来说，光电转换元件11可通过例如离子注入(ion implantation)工艺及/或扩散工艺的工艺所形成。此外，光电转换元件11可被配置为形成晶体管、光电二极管、PIN二极管及/或发光二极管，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，光电转换元件11形成阵列结构。
参照图1，在一些实施例中，半导体装置100包含第一遮光层21，第一遮光层21设置于基板10之上。如图1所示，第一遮光层21可堆叠于基板10之上并与基板10直接接触，但本公开实施例并非以此为限。在一些实施例中，第一遮光层21具有对应于光电转换元件11的多个第一孔洞21H。举例来说，第一遮光层21可包含为金属，例如：钨(W)、铜(Cu)、银(Ag)等，但本公开实施例并非以此为限。此外，第一遮光层21可包含光刻胶(例如，黑色光刻胶或其他合适的非透明的光刻胶)、油墨(例如，黑色油墨或其他合适的非透明的油墨)、模制化合物(molding compound)(例如，黑色模制化合物或其他合适的非透明的模制化合物)、防焊材料(solder mask)(例如，黑色防焊材料或其他合适的非透明的防焊材料)、(黑色)环氧树脂聚合物、其他合适的材料或前述材料的组合。在一些实施例中，第一遮光层21包含光固化材料、热固化材料或前述材料的组合。
前述材料可通过沉积工艺形成于基板10之上，例如：物理气相沉积(physicalvapor deposition,PVD)、化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)、原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)、分子束外延(molecular beam epitaxy,MBE)、液相外延(liquid phase epitaxy,LPE)、其他类似的技术或前述的组合。接着，可执行图案化工艺以将材料图案化，并形成如图1所示(具有第一孔洞21H)的第一遮光层21。更详细而言，在图案化工艺中移除材料的一些部分，以形成第一孔洞21H。图案化工艺可包含软烘烤(softbaking)、光掩膜对准(mask aligning)、曝光(exposure)、曝光后烘烤(post-exposurebaking)、显影(developing)、润洗(rinsing)、干燥、其他合适的工艺或前述的组合，但本公开实施例并非以此为限。
参照图1，在一些实施例中，半导体装置100包含光调整结构30，光调整结构30设置于第一遮光层21之上。在一些实施例中，光调整结构30为一红外光(infrared,IR)截止(cut-off)滤光片，其具有多层膜结构。举例来说，光调整结构30可截断具有特定波长(例如，约700nm至约1100nm)的红外光，并允许具有特定波长(例如，约400nm至约700nm)的可见光通过，但本公开实施例并非以此为限。光调整结构30可通过沉积工艺所形成。沉积工艺的范例如前所述，在此将不再重复，但本公开实施例并非以此为限。
参照图1，在一些实施例中，半导体装置100包含第二遮光层23，第二遮光层23设置于光调整结构30之上。类似地，在一些实施例中，第二遮光层23具有对应于第一孔洞21H的多个第二孔洞23H。举例来说，第二遮光层23与第一遮光层21可包含类似或相同的材料，但本公开实施例并非以此为限。此外，可通过沉积工艺将前述材料沉积于光调整结构30之上，接着，可执行图案化工艺以将材料图案化，并形成如图1所示(具有第二孔洞23H)的第二遮光层23，但本公开实施例并非以此为限。
参照图1，在一些实施例中，半导体装置100包含多个第一聚光结构41，第一聚光结构41设置于第二遮光层23之上。举例来说，第一聚光结构41可包含透明材料，例如：玻璃、环氧树脂、硅氧树脂、聚氨酯、其他适当的材料或其组合，但本公开实施例并非以此为限。第一聚光结构41可通过光刻胶热回流法(photoresist reflow method)、热压成型法(hotembossing method)、其他合适的方法或其组合所形成。此外，形成第一聚光结构41的步骤可包含旋转涂布工艺、光刻工艺、蚀刻工艺、其他合适的工艺或其组合，但本公开实施例并非以此为限。
在一些实施例中，第一聚光结构41为对应于第二孔洞23H的凸微透镜(convexmicro-lens)。如图1所示，在一些实施例中，第一聚光结构41覆盖第二孔洞23H。应注意的是，每个第一聚光结构41的中心轴C1可如图1所示与对应的第二孔洞23H的中心分开，但本公开实施例并非以此为限。
参照图1，在一些实施例中，半导体装置100包含第一透光层51，第一透光层51设置于第二遮光层23之上。具体而言，第一透光层51可堆叠于第二遮光层23和第一聚光结构41之上并与第二遮光层23和第一聚光结构41直接接触。在一些实施例中，每个第一聚光结构41的折射率高于第一透光层51的折射率。在一些实施例中，每个第一聚光结构41的折射率介于约1.5至约2.5(例如，1.7)，而第一透光层51的折射率介于约1.4至约1.6(例如，1.5)。
第一透光层51的材料可包含透明光刻胶、聚酰亚胺、环氧树脂、其他合适的材料或前述的组合，但本公开实施例并非以此为限。举例来说，可执行旋转涂布工艺(spin-oncoating process)将前述材料涂布于第二遮光层23和第一聚光结构41之上，以形成第一透光层51，但本公开实施例并非以此为限。
参照图1，在一些实施例中，半导体装置100包含第三遮光层25，第三遮光层25设置于第一透光层51与第一聚光结构41之上。也就是说，第一透光层51设置于第二遮光层23与第三遮光层25之间。
类似地，在一些实施例中，第三遮光层25具有对应于第二孔洞23H的多个第三孔洞25H。举例来说，第三遮光层25与第一遮光层21和第二遮光层23可包含类似或相同的材料，但本公开实施例并非以此为限。此外，可通过沉积工艺将前述材料沉积于第一透光层51之上，接着，可执行图案化工艺以将材料图案化，并形成如图1所示(具有第三孔洞25H)的第二遮光层25，但本公开实施例并非以此为限。
参照图1，在一些实施例中，半导体装置100包含多个第二聚光结构43，第二聚光结构43设置于第三遮光层25之上。在一些实施例中，第二聚光结构43包含透明材料，但与第一聚光结构41不同。也就是说，每个第一聚光结构41的折射率与每个第二聚光结构43的折射率不同。举例来说，每个第二聚光结构43的折射率可介于约1.2至约1.5(例如，1.4)，但本公开实施例并非以此为限。可通过与形成第一聚光结构41类似的方法或工艺来形成第二聚光结构43，但本公开实施例并非以此为限。
在一些实施例中，第二聚光结构43为对应于第三孔洞25H的凸微透镜。如图1所示，在一些实施例中，第二聚光结构43覆盖第三孔洞25H。此外，第二聚光结构43可填满第三孔洞25H。应注意的是，每个第二聚光结构43的中心轴C3可如图1所示与对应的第三孔洞25H的中心重叠，但本公开实施例并非以此为限。
如图1所示，在一些实施例中，第一透光层51与第二遮光层23、第一聚光结构41、第三遮光层25及第二聚光结构43直接接触。也就是说，第二遮光层23、第一聚光结构41、第一透光层51、第三遮光层25及第二聚光结构43可彼此堆叠。
如图1所示，在一些实施例中，每个第一聚光结构41的中心轴C1与每个第二聚光结构43(或对应的第二聚光结构43)的中心轴C3分开。在一些实施例中，每个光电转换元件11对应于一个第一聚光结构41及一个第二聚光结构43。应注意的是，光电转换元件11a可能对应于图1的剖面图中未示出的一个第一聚光结构41及一个第二聚光结构43。
如图1所示，在一些实施例中，每个第一聚光结构41及每个第二聚光结构43具有(半)球形表面。在一些其他的实施例中，每个第一聚光结构41及每个第二聚光结构43具有非球形表面或自由形式(freeform)表面。
如图1所示，在一些实施例中，半导体装置100进一步包含第二透光层53，第二透光层53设置于光调整结构30与第二遮光层23之间。具体而言，第二透光层53可堆叠于光调整结构30之上并与光调整结构30直接接触，但本公开实施例并非以此为限。第二透光层53的材料与形成方法可与第一透光层51相同或类似，但本公开实施例并非以此为限。
如图1所示，在一些实施例中，光电转换元件11用于感测多数入射光L，且每道入射光L具有在约1度至约80度的范围内的入射角θ。在一些实施例中，每道入射光L通过至少两个聚光结构(例如，一个第一聚光结构41和一个第二聚光结构43)及介于两个聚光结构之间的透光层(例如，第一透光层51)，且较低的聚光结构的折射率与透光层的折射率不同。即便当倾斜的入射光具有较大的入射角(例如，大于50度)，也可有效减少(慧形)像差，达到来自半导体装置100的光电转换元件11的图像信号的较高的品质。
图2示出根据本公开另一实施例的半导体装置102的部分剖面图。应注意的是，为了简便起见，图2中可能省略半导体装置102的一些部件。
参照图2，半导体装置102包含基板10，基板10具有多个光电转换元件11。半导体装置102也包含第一遮光层21，第一遮光层21设置于基板10之上并具有对应于光电转换元件11的多个第一孔洞21H。半导体装置102还包含光调整结构30，光调整结构30设置于第一遮光层21之上。此外，半导体装置102包含第二遮光层23，第二遮光层23设置于光调整结构30之上并具有对应于第一孔洞21H的多个第二孔洞23H。半导体装置102也包含多个第一聚光结构41’，第一聚光结构41’设置于第二遮光层23之上并覆盖第二孔洞23H。半导体装置102还包含第三遮光层25，第三遮光层25设置于第一聚光结构41’之上并具有对应于第二孔洞23H的多个第三孔洞25H。再者，半导体装置102包含多个第二聚光结构43，第二聚光结构43设置于第三遮光层25之上并覆盖第三孔洞25H。半导体装置102也包含第一透光层51，第一透光层51设置于第二遮光层23与第三遮光层25之间。
在本实施例中，每个第一聚光结构41’的折射率高于第一透光层51的折射率，第一聚光结构41’为对应于第二孔洞23H的凸微透镜，且第二聚光结构43为对应于第三孔洞25H的凸微透镜。
如图2所示，在一些实施例中，每个第一聚光结构41’覆盖至少两个第二孔洞23H，而每个第二聚光结构43覆盖一个第三孔洞25H。此外，如图2所示，在一些实施例中，每个第一聚光结构41’的中心轴C1’与对应的第二聚光结构43的中心轴C3重叠。
如图2所示，在一些实施例中，每个第一聚光结构41’对应于一个第三孔洞25H。在一些实施例中，每个第一聚光结构41’的直径D41大于每个第二聚光结构43(或对应的第二聚光结构43)的直径D43。也就是说，在一些实施例中，两个或更多个光电转换元件11共享相同的第一聚光结构41’及第二聚光结构43。
图3示出根据本公开一实施例的半导体装置104的部分剖面图。应注意的是，为了简便起见，图3中可能省略半导体装置104的一些部件。
在一些实施例中，每个第一聚光结构42的折射率低于第一透光层51的折射率。在本实施例中，每个第一聚光结构42的折射率介于约1.0至约1.5(例如，1.3)，而第一透光层51的折射率介于约1.4至约1.6(例如，1.5)。
如图3所示，在一些实施例中，第一聚光结构42为对应于第二孔洞23H的凹微透镜(concave micro-lens)，而第二聚光结构43为对应于第三孔洞25H的凸微透镜。
类似地，如图3所示，在一些实施例中，每个第一聚光结构42的中心轴C2与每个第二聚光结构43(或对应的第二聚光结构43)的中心轴C3分开。在一些实施例中，每个光电转换元件11对应于一个第一聚光结构42及一个第二聚光结构43。应注意的是，光电转换元件11a可能对应于图3的剖面图中未示出的一个第一聚光结构42及一个第二聚光结构43。
图4示出根据本公开另一实施例的半导体装置106的部分剖面图。应注意的是，为了简便起见，图4中可能省略半导体装置106的一些部件。
在本实施例中，每个第一聚光结构42’的折射率低于第一透光层51的折射率，第一聚光结构42’为对应于第二孔洞23H的凹微透镜，而第二聚光结构43为对应于第三孔洞25H的凸微透镜。
如图4所示，在一些实施例中，每个第一聚光结构42’覆盖至少两个第二孔洞23H，而每个第二聚光结构43覆盖一个第三孔洞25H。此外，如图4所示，在一些实施例中，每个第一聚光结构42’的中心轴C2’与对应的第二聚光结构43的中心轴C3重叠。
如图4所示，在一些实施例中，每个第一聚光结构42’对应于一个第三孔洞25H。在一些实施例中，每个第一聚光结构42’的直径D42大于每个第二聚光结构43(或对应的第二聚光结构43)的直径D43。也就是说，在一些实施例中，两个或更多个光电转换元件11共享相同的第一聚光结构42’及第二聚光结构43。
综上所述，根据本公开一些实施例的半导体装置包含至少两个聚光结构及设置于两个聚光结构之间的一透光层，且较低的聚光结构的折射率与透光层的折射率不同，因此可有效减少(慧形)像差，从而改善来自半导体装置的光电转换元件的图像信号的品质。
以上概述数个实施例的部件，以便在本公开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。在本公开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。在本公开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的精神与范围，且他们能在不违背本公开的精神和范围之下，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。
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现的所有特征和优点应该或者可以在本公开的任何单个实施例中实现。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，在一个或多个实施例中，可以任何合适的方式组合本公开的所描述的特征、优点和特性。根据本文的描述，相关领域的技术人员将意识到，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。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)

1.一种半导体装置，包括：
一基板，具有多个光电转换元件；
一第一遮光层，设置于该基板之上并具有对应于多个所述光电转换元件的多个第一孔洞；
一光调整结构，设置于该第一遮光层之上；
一第二遮光层，设置于该光调整结构之上并具有对应于多个所述第一孔洞的多个第二孔洞；
多个第一聚光结构，设置于该第二遮光层之上并覆盖多个所述第二孔洞；
一第三遮光层，设置于多个所述第一聚光结构之上并具有对应于多个所述第二孔洞的多个第三孔洞；
多个第二聚光结构，设置于该第三遮光层之上并覆盖多个所述第三孔洞；以及
一第一透光层，设置于该第二遮光层与该第三遮光层之间；
其中每该第一聚光结构的折射率与该第一透光层的折射率不同。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其中每该第一聚光结构的折射率高于该第一透光层的折射率，多个所述第一聚光结构为凸微透镜，且每该第一聚光结构的折射率介于1.5至2.5。
3.如权利要求1所述的半导体装置，其中每该第一聚光结构的折射率低于该第一透光层的折射率，多个所述第一聚光结构为凹微透镜，且每该第一聚光结构的折射率介于1.0至1.5。
4.如权利要求1所述的半导体装置，其中每该第一聚光结构的中心轴与每该第二聚光结构的中心轴分开，且每该第一聚光结构及每该第二聚光结构具有球形表面、非球形表面或自由形式表面。
5.如权利要求1所述的半导体装置，其中每该光电转换元件对应于多个所述第一聚光结构的一个及多个所述第二聚光结构的一个，多个所述光电转换元件用于感测复数入射光，且每该入射光具有在1度至80度的范围内的入射角。
6.如权利要求5所述的半导体装置，其中每该第一聚光结构覆盖多个所述第二孔洞的至少一个。
7.如权利要求1所述的半导体装置，每该第一聚光结构的中心轴与多个所述第二聚光结构中对应的一个的中心轴重叠，且每该第一聚光结构及每该第二聚光结构具有球形表面、非球形表面或自由形式表面。
8.如权利要求1所述的半导体装置，其中每该第一聚光结构对应于多个所述第三孔洞的一个。
9.如权利要求1所述的半导体装置，其中每该第一聚光结构的直径大于每该第二聚光结构的直径。
10.如权利要求1所述的半导体装置，还包括：
一第二透光层，设置于该光调整结构与该第二遮光层之间；
其中该第一透光层与该第二遮光层、多个所述第一聚光结构、该第三遮光层及多个所述第二聚光结构直接接触，且该光调整结构为一红外光截止滤光片。
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Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001094086A (ja) * 1999-09-22 2001-04-06 Canon Inc 光電変換装置及びその製造方法
US6995800B2 (en) * 2000-01-27 2006-02-07 Canon Kabushiki Kaisha Image pickup apparatus utilizing a plurality of converging lenses
TWI278991B (en) * 2002-07-09 2007-04-11 Toppan Printing Co Ltd Solid image-pickup device and method of manufacturing the same
KR20050016285A (ko) * 2002-07-09 2005-02-21 도판 인사츠 가부시키가이샤 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법
JP2004356269A (ja) * 2003-05-28 2004-12-16 Canon Inc 光電変換装置およびその製造方法
JP4784052B2 (ja) * 2004-07-05 2011-09-28 大日本印刷株式会社 固体撮像素子
JP2006120845A (ja) * 2004-10-21 2006-05-11 Canon Inc 光電変換装置およびその製造方法
JP2007311563A (ja) * 2006-05-18 2007-11-29 Sharp Corp 固体撮像装置および電子情報機器
US8610806B2 (en) * 2006-08-28 2013-12-17 Micron Technology, Inc. Color filter array, imagers and systems having same, and methods of fabrication and use thereof
KR101439434B1 (ko) * 2007-10-05 2014-09-12 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
JP5086877B2 (ja) * 2008-04-11 2012-11-28 シャープ株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
JP2012134261A (ja) * 2010-12-20 2012-07-12 Sharp Corp レンズおよびその製造方法、固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
JP5741012B2 (ja) * 2011-01-26 2015-07-01 ソニー株式会社 固体撮像装置の製造方法
JP2012190926A (ja) * 2011-03-09 2012-10-04 Hitachi Maxell Ltd 撮像装置及びそれを備えた生体情報取得装置
CN103765591B (zh) * 2011-08-30 2016-05-18 富士胶片株式会社 固态成像装置和数字相机
JP6053382B2 (ja) * 2012-08-07 2016-12-27 キヤノン株式会社 撮像装置、撮像システム、および撮像装置の製造方法。
US9543346B2 (en) * 2013-03-29 2017-01-10 Sony Corporation Imaging element and imaging device
JP6166640B2 (ja) * 2013-10-22 2017-07-19 キヤノン株式会社 固体撮像装置、その製造方法及びカメラ
JP2015167219A (ja) * 2014-02-13 2015-09-24 ソニー株式会社 撮像素子、製造装置、電子機器
US20160181309A1 (en) * 2014-12-22 2016-06-23 Canon Kabushiki Kaisha Microlens and method of manufacturing microlens
KR102499585B1 (ko) * 2015-01-13 2023-02-14 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 고체 촬상 소자 및 그 제조 방법, 및 전자 기기
JP7058479B2 (ja) * 2016-10-18 2022-04-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光検出器
US11411030B2 (en) * 2017-02-17 2022-08-09 Sony Semiconductor Solutions Corporation Imaging element and electronic apparatus
WO2018235416A1 (ja) * 2017-06-21 2018-12-27 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及び固体撮像装置
KR102490821B1 (ko) * 2018-01-23 2023-01-19 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
US10665627B2 (en) * 2017-11-15 2020-05-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor device and method for forming the image sensor device having a first lens and a second lens over the first lens
US11323608B2 (en) * 2018-06-25 2022-05-03 Omnivision Technologies, Inc. Image sensors with phase detection auto-focus pixels
JP7352359B2 (ja) * 2019-02-06 2023-09-28 キヤノン株式会社 撮像素子および撮像装置
US10868945B2 (en) * 2019-04-08 2020-12-15 Omnivision Technologies, Inc. Light-field camera and method using wafer-level integration process
CN111095285B (zh) * 2019-08-23 2021-09-17 深圳市汇顶科技股份有限公司 指纹识别装置和电子设备
US11621287B2 (en) * 2020-04-16 2023-04-04 Vanguard International Semiconductor Corporation Optical sensor device with reduced thickness and method for forming the same
CN113792571B (zh) * 2020-08-17 2024-03-08 友达光电股份有限公司 指纹感测模块
US11953372B2 (en) * 2021-02-18 2024-04-09 Innolux Corporation Optical sensing device

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