CN115911065A - 影像感测器 - Google Patents

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CN115911065A CN202210118551.2A CN202210118551A CN115911065A CN 115911065 A CN115911065 A CN 115911065A CN 202210118551 A CN202210118551 A CN 202210118551A CN 115911065 A CN115911065 A CN 115911065A
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董耀中
涂宗儒
林绮涵
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VisEra Technologies Co Ltd
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Abstract

一种影像感测器，包括：多个感测部；彩色滤光层，设置于感测部上；以及微透镜，设置于彩色滤光层上。微透镜包括正向曲率半径(radius of curvature)，且碟型结构(dish structure)是形成于微透镜内，碟型结构包括负向曲率半径。

Description

影像感测器
技术领域
本公开实施例是关于影像感测器及其形成方法，特别是关于影像感测器的微透镜结构。
背景技术
影像感测器，如互补式金属氧化物半导体影像感测器(complementary metaloxide semiconductor image sensor,CIS)，被广泛地运用在影像拍摄设备中，如数码静止影像相机、数码摄影相机、以及其他类似设备。影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，从而获得影像信号。
基于业界需求，像素尺寸持续地缩小。为了维持高性能，可将一组像素(如相位差自动对焦(phase difference auto focus,PDAF)像素)与传统的像素阵列整合。这组像素接收到的光可通过彩色滤光片汇聚，并收集在底部对应的感测部，而检测到装置的影像对焦。然而，具有缩小像素尺寸的影像感测器可能因精准度的些许偏移，而显著地影响元件的整体性能。因此，需要通过影像感测器的设计和制造来解决这些相关问题。
发明内容
在一实施例中，一种影像感测器，包括：多个感测部；彩色滤光层，设置于感测部上；以及微透镜，设置于彩色滤光层上。微透镜包括正向曲率半径(radius of curvature)，且碟型结构(dish structure)是形成于微透镜内，碟型结构包括负向曲率半径。
在另一实施例中，一种影像感测器，包括：第一组感测单元；第二组感测单元，其中第一组感测单元和第二组感测单元的每一个包括多个感测部、彩色滤光层、和微透镜，彩色滤光层设置于感测部上，微透镜设置于彩色滤光层上。微透镜包括正向曲率半径。影像感测器也包括第一碟型结构，形成于第一组感测单元的微透镜内，其中第一碟型结构包括负向曲率半径，位在第一组感测单元的微透镜的中心。影像感测器更包括第二碟型结构，形成于第二组感测单元的微透镜内，其中第二碟型结构包括负向曲率半径，且第二碟型结构由第二组感测单元的微透镜的中心偏移(offset)。
附图说明
以下将配合所附图式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1A和图1B是根据本公开的一些实施例，影像感测器的剖面示意图。
图1C是根据本公开的一些实施例，影像感测器的上示图。
图2A～图2D是根据本公开的一些实施例，影像感测器在各种中间制造阶段的剖面示意图。
图3是根据本公开的其他实施例，影像感测器阵列的上示图。
图4A和图4B是根据本公开的其他实施例，另一个影像感测器的剖面示意图。
其中，附图标记说明如下：
10：影像感测器
20：影像感测器
100A：感测单元组
100A-L：左感测单元
100A-R：右感测单元
100B：感测单元组
100B-L：左感测单元
100B-R：右感测单元
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：碟型结构
140：光点
150：硬遮罩层
152：硬遮罩图案
154：凹口
D：间距
D1：第一深度
D2：第二深度
H：高度
L1：入射光
L2：入射光
L3：入射光
L4：入射光
R0：曲率半径
R1：曲率半径
R2：曲率半径
W0：底宽度
W1：第一宽度
W2：第二宽度
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，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，以及图式所述的方位。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。亦即，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)具有与所属技术领域中具有通常知识者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中有特别定义。
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。这些重复是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。
为了回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。在影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感测单元(如相位差自动对焦(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感测单元均匀地接收时，影像感测器可显示统一颜色的影像。然而，若每个感测单元所接收的光不均匀时，则影像感测器会遭受色差(colorvariation)。感测单元组可检测和追踪整体元件的影像对焦，而感测单元组也允许借由所接收的信号判定颜色。传统上，在整组感测单元上(如相位差自动对焦像素组)仅设置单一微透镜。换言之，在其组内的所有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，其组内的其中一个感测单元可接收比另一个感测单元更大的光量，而基于感测单元之间的信号读取，可准确地判定入射光的方向。
在正常的情况下，在感测单元组上的单一微透镜允许入射光汇聚在感测单元组的一个中心点以形成一个光点，其可朝向周围的感测部分散以便被吸收。光点的尺寸取决于微透镜的结构特性。举例来说，具有较大曲率半径(radius of curvature)的微透镜可产生较大的光点，而具有较小曲率半径的微透镜可产生较小的光点。在制程变异的状况发生时(如微透镜结构无意间错位)，光点可由感测单元组的中心点位移。结果是，周围的感测部可能接收到不均匀的光强度，其将被转换成为不同的信号，造成颜色判定不等。
举例来说，当由数组感测单元各选择一个感测单元并结合来形成第一像素时，第一像素可由每个所选的感测单元所读取的信号累绩而显示特定颜色。当由相同的数组感测单元各选择另一个感测单元并结合来形成第二像素时，第二像素可由每个所选的感测单元读取的信号累绩而显示特定颜色。理想上，第一像素和第二像素应显示相同的颜色。然而，若在每组的感测单元接收不同的光强度，则感测单元之间所转换的信号可能会显著地不同。结果是，第一像素和第二像素之间可能会有很严重的色差，影响所显示的影像。
也应注意的是，在较大光点和较小光点之间的制程变异对于显示性能的冲击可能不同。当光点较大时，位移的量相对于光点总量可能相对地小。相反地，当光点较小时，相同位移的量相对于光点总量则可能相对地大。换言之，可借由减少制程变异的发生或(由具有较大曲率半径的微透镜)产生较大光点达到改善颜色判定的均匀度。然而，减少制程变异需要提升制造精准度，其需要较高的成本。另一方面，以具有较大曲率半径的微透镜维持较大的光点可能限缩影像感测元件的设计弹性。鉴于上述，本公开实施例提供一种不需要增加制造成本或限缩设计弹性的替代方法。
根据本公开的一些实施例，可在微透镜内形成一种创新的碟型结构(dishstructure)来解决上述问题。在微透镜内加入本公开实施例的碟型结构可将光点朝向周围的感测部分散，从而增加制程变异的宽裕度，而不增加制造成本或限缩设计弹性。因此，即使在有制程变异的情形下，仍可适当地使用感测单元间的信号读取来显示均匀颜色的影像。再者，本公开实施例也包括在微透镜内将碟型结构偏移来配合入射光线的不同入射角度。
图1A是根据本公开的一些实施例，影像感测器10的剖面示意图。在一些实施例中，影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1A仅呈现实际影像感测器的一部分。图1A中所示的影像感测器10包括设置邻近于彼此的两组感测单元100A和100B。从感测单元组100A和100B的每一个的上示图(绘示于图1C)来看，感测单元组100A和感测单元组100B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，感测单元组100A和感测单元组100B可对应m×n个光电转换部件，其中m与n可为相同或不同的正整数，但本公开实施例并不以此为限。为了例示性目的，感测单元组100A和感测单元组100B皆包括一个左感测单元和一个右感测单元。特别是，感测单元组100A包括左感测单元100A-L和右感测单元100A-R，而感测单元组100B包括左感测单元100B-L和右感测单元100B-R。
应注意的是，如图1A所示，每组感测单元组100A和100B具有一个微透镜122，而碟型结构130形成于其内。碟型结构130的存在可打破传统微透镜122所拥有的连续曲率轮廓，其轮廓使得来自每个方向的入射光可汇聚成多个光点140。根据本公开的一些实施例，碟型结构130具有负向曲率半径，而微透镜122的其他部分具有正向曲率半径。在一些实施例中，具有正向曲率半径的表面可汇聚入射光线，而具有负向曲率半径的表面可发散入射光线。在微透镜122内加入碟型结构130可造成入射光聚焦于多个光点140。左感测单元100A-L、右感测单元100A-R、左感测单元100B-L、以及右感测单元100B-R可各接收一个光点140。这样的修改可借由让入射光均匀地分配于影像感测器10的每个感测部106上以增加制程变异的宽裕度。
应注意的是，相对于任何透镜的表面形状的符号(正号或负号)是关于在光轴(近轴区(paraxial region))附近微透镜122或碟型结构130的区域，其透镜具有本公开实施例的微透镜122或碟型结构130的非球形面(aspheric surface)，除非另外表示。提供相对于曲率半径的符号，使得正向曲率半径表示表面形状凸向物体端，而负向曲率半径表示表面形状凸向影像端。
参照图1A，感测单元组100A和感测单元组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更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分隔开，并定义每个感测单元的尺寸。此外，多个深沟槽隔离结构104可助于将光点140分散至多个感测部106上。在一些实施例中，基底102可为影像感测器10的所有感测单元所共享的单一结构。
在一些实施例中，基底102可为例如晶圆或晶粒，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之内或之上的主动区部件，但本公开实施例并不以此为限。如前述，深沟槽隔离结构104可助于分散光点140。在一些实施例中，深沟槽隔离结构104可反射和折射聚焦于其上的入射光线。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(shallowtrench isolation,STI)结构和局部硅氧化(local oxidation of silicon,LOCOS)结构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，其中沟槽位于相邻感测部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(silicon oxynitride,SiON))的衬层，再以沉积制程将绝缘材料(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制程，并对基底102进行平坦化制程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布植及/或扩散制程所形成的P型掺杂区及/或N型掺杂区(未绘示)。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。
如上所提及，感测单元组100A和感测单元组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的高度可大约介于0.3μm和2.0μm之间。在一特定实施例中，彩色滤光层110的高度可为大约0.9μm。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的每一个单元可对应至影像感测器10的个别感测部106，而其单元的颜色取决于感测单元组100A和感测单元组100B的个别需求。个别感测部106(如光电二极管)可针对感测单元组100A和感测单元组100B的每一个将接收的光信号转换成电子信号。在一些实施例中，同一组内的感测单元可具有相同的颜色单元。在一些实施例中，借由网格结构112将感测单元组100A和感测单元组100B彼此分隔开，其网格结构112将于后详述。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。可借由一系列不同步骤的涂布、曝光、和显影制程形成彩色滤光层110。替代地，可借由喷墨印刷(ink-jet printing)形成彩色滤光层110。
参照图1A，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(未绘示)可定义感测单元组100A和感测单元组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每个单元的折射率(refractiveindex)。折射率是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的折射率是大约介于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遮罩层(未绘示)。在一些实施例中，硬遮罩层的材料为光阻。对硬遮罩层进行光微影制程以图案化。接着，借由使用图案化后的硬遮罩层对隔离材料层进行蚀刻制程。蚀刻制程可为干蚀刻。在蚀刻制程之后，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1A，在基底102上介于感测单元组100A和感测单元组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，取决于影像感测器10的设计需求。在一些实施例中，遮光结构114跨越感测单元组100A和感测单元组100B的边界。换言之，遮光结构114是设置成由任意两个相邻感测单元所共享。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相邻单元的额外光线，其可影响所接收信号的准确度。在本公开的一些实施例中，遮光结构114的高度可大约介于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。可借由在基底102上沉积金属层，然后使用光微影和蚀刻制程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。
继续参照图1A，在彩色滤光层110和网格结构112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(epoxy resin)、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。根据本公开的一些实施例，在微透镜材料层120上设置多个微透镜122。在一些实施例中，可借由图案化微透镜材料层120的顶部形成多个微透镜122，以对应至感测单元组100A和感测单元组100B的每一个。由于多个微透镜122是由微透镜材料层120所形成，多个微透镜122和微透镜材料层120享有相同的材料。如先前所提及，传统的微透镜的连续曲率轮廓将导致光点140大多聚焦在感测单元组100A或感测单元组100B的中心点。尽管深沟槽隔离结构104分散光点140朝向周围的感测部106，当制程变异发生时，光点140可被不均匀地分散。因此，本公开的影像感测器10是设计以具有形成于每个微透镜122内的碟型结构130。图1A所示的最终结构可使入射光大多汇聚在每个感测部106上，因而显示出具有均匀颜色的影像。
与微透镜122相反，碟型结构130具有相反的曲率轮廓。如先前所提及，微透镜122一般具有正向曲率半径用来汇聚光线，除了碟型结构130具有负向曲率半径用来发散光线。非连续的曲率轮廓可改变光线的折射。如图1A所示，入射光L1和L2可被折射朝向感测单元组100A或感测单元组100B的中心点，类似于传统的影像感测器。然而，当入射光L3被传输穿过碟型结构130时，入射光L3被折射远离感测单元组100A或感测单元组100B的中心点。应注意的是，由于入射光L3不适当的入射角度，不具有碟型结构的传统微透镜可能会将入射光L3反射远离微透镜的表面，而非将入射光L3传输进入感测单元内。有发现，将微透镜122的连续曲率轮廓打破可分散聚焦在感测单元组100A和感测单元组100B的中心的传统光点。结合汇聚的入射光L1和L2与发散的入射光L3，可在左感测单元100A-L、右感测单元100A-R、左感测单元100B-L、以及右感测单元100B-R的多个感测部106上产生多个光点140，以便被接收。如将于后详述，从上示图来看(绘示于图1C)，多个光点140实际上为感测单元组100A和感测单元组100B的每一个中的环形，并经由在微透镜122内加入碟型结构130而导致其环形为中空。
参照图1A，可在多个微透镜122的表面上和在碟型结构130内顺应性地沉积顶膜124。在一些实施例中，顶膜124为连续结构，其覆盖影像感测器10的整体表面。根据本公开的一些实施例，顶膜124的材料的折射率低于微透镜122(或微透镜材料层120)的材料的折射率。顶膜124的材料的折射率高于空气的折射率。在一些实施例中，空气的折射率和微透镜122的折射率之间具有很大的差值。折射率之间的大差值可能造成一些入射光线反射远离微透镜122的表面，而非折射进入彩色滤光层110。这样将造成影像感测器10流失光能，减少多个感测部106应接收到的光强度。加入顶膜124可作为环境空气和微透镜122之间大折射差值的缓冲，使得光能流失可被最小化。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的形成可包括沉积制程，其可包括例如旋转涂布(spin-on coating)制程、化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)、物理气相沉积(physical vapordeposition,PVD)、原子层沉积(atomic layer deposition,ALD)、其他合适方法、或其组合。
在一特定实施例中，比较具有在微透镜内形成碟型结构的感测单元组与没有在微透镜内形成碟型结构的感测单元组。在左感测单元100A-L和右感测单元100A-R之间、或在左感测单元100B-L和右感测单元100B-R之间测量所接收的光强度的比例。测量是在数个微透镜被刻意位移的条件下进行，其条件与制程变异发生时的情形类似。测量资料整理于表1中。
表1
Figure BDA0003497554340000111
在理想的情况下，左感测单元100A-L和右感测单元100A-R、或左感测单元100B-L和右感测单元100B-R应接收到相同的光强度。换言之，在左感测单元100A-L和右感测单元100A-R之间、或在左感测单元100B-L和右感测单元100B-R之间测量所接收的光强度的比例值应为1。然而，制程变异降低了感测单元所接收到的光之间的均匀度，造成比例值由1偏离。应理解的是，比例值预期应尽可能的接近1，显著的大差异可能会损害颜色显示。在表1中，呈现出传统设计(没有碟型结构的微透镜)和新设计(具有碟型结构的微透镜)的比较。在不同的波段下(或不同颜色单元)进行测量，其中「红」为红色单元，「蓝」为蓝色单元，「绿(红)」为在横向上邻近红色单元的绿色单元，而「绿(蓝)」为在横向上邻近蓝色单元的绿色单元。此外，也在微透镜位移0nm(无位移)、10nm、20nm、30nm、40nm、以及50nm下进行测量。可以从表1看到，当微透镜位移为0nm时(无位移)，两种设计之间并无显著的变化。随着位移发生，传统设计的平均比例值变得显著地大于新设计的平均比例值。因此，本公开实施例的设计可使比例值更接近1，从而改善颜色判定的均匀度。
如图1A所示，根据一些实施例，一种影像感测器包括：多组感测单元100A/100B，其中每个感测单元组包括多个感测部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上微透镜122。微透镜122包括正向曲率半径，且碟型结构130是形成于微透镜122内，碟型结构130包括负向曲率半径。
图1B是根据本公开的一些实施例，影像感测器10的剖面示意图。具体而言，图1B绘示图1A的影像感测器10的微透镜122和碟型结构130的放大示意图。根据本公开的一些实施例，碟型结构130位在微透镜122的中心，而在微透镜122内的碟型结构130的制造过程将于下详述。如前述，微透镜122一般具有正向曲率半径，除了碟型结构130具有负向曲率半径。在大小方面，微透镜122的曲率半径R0大于碟型结构130的曲率半径R1。在一些实施例中，碟型结构130的第一深度D1(最大深度)大约介于微透镜122的高度H的25％和50％之间。碟型结构130的第一宽度W1大约介于微透镜122的底宽度W0的20％和60％之间。
图1C是根据本公开的一些实施例，影像感测器10的上示图。如前述，感测单元组100A或感测单元组100B可各包括四个感测单元排列成2×2。感测单元组100A或感测单元组100B包括围绕其周边的网格结构112。可在网格结构112下方设置深沟槽隔离结构104(未绘示)，且可进一步设置深沟槽隔离结构104来分开和定义感测单元(被排列成2×2)。彩色滤光层110可填入网格结构112内的开口。在彩色滤光层110上设置微透镜122，而在微透镜122内形成碟型结构130，位在微透镜122的中心。传统的微透镜122(没有碟型结构130)将聚集入射光线以聚焦在感测单元组100A或感测单元组100B的中心点。如前述，碟型结构130的存在打破微透镜122的连续曲率轮廓，将光点140分散成环形，让中心变成空洞。环形光点140允许每个感测部106(未绘示)更有效地检测光信号并判定其个别颜色。即使在制程变异的情形下，由感测部106所判定的颜色仍可显著地具有较少的干扰。
图2A～图2D是根据本公开的一些实施例，影像感测器10在各种中间制造阶段的剖面示意图。如图2A所示，首先在微透镜材料层120上形成硬遮罩层150。在一些实施例中，硬遮罩层150包括任何含树脂材料、或其组合。在一些实施例中，硬遮罩层150的厚度可小于微透镜材料层120的厚度。通过光微影图案化和蚀刻，硬遮罩层150可形成硬遮罩图案152，如图2B所示。根据本公开的一些实施例，硬遮罩图案152为矩形，其各具有于其上的凹口154。进行回流制程以将硬遮罩图案152转变成圆盖物，其各具有于其上的回流后的凹口154，如图2C所示。通过干蚀刻制程，硬遮罩图案152的形状被完全地转移至微透镜材料层120的顶部，如图2D所示。在干蚀刻制程之后，微透镜材料层120的顶部可产生多个微透镜122，其各具有碟型结构130，而微透镜材料层120的底部可作为微透镜122的基座。
图3是根据本公开的其他实施例，影像感测器阵列的上示图。应理解的是，所示的影像感测器阵列为例示性的，而并非企图限制。当光源对影像感测器阵列发出光线时，光源通常被放置在最中间的感测单元组的法线(normal)位置，其在阵列平面的法线方向接收入射光线。围绕最中间的感测单元组的剩余感测单元组仅可接收相对于阵列平面为倾斜方向的入射光线。倾斜入射光线可汇聚在由周围感测单元组的中心点位移的位置。为了补偿由中心点位移的光点，设置在周围感测单元组上的微透镜122可刻意地位移朝向最中间的感测单元组。由于周围感测单元组的微透镜122位移的量是极小的，其并未具体地绘示于图3中。然而，也可相应地位移周围感测单元组的微透镜122内的碟型结构130。
参照图3，在最中间的感测单元组内的碟型结构130维持在其对应的微透镜122的中心。然而，在周围感测单元组内的碟型结构130都由其对应的微透镜122的中心位移朝向最中间的感测单元组。取决于碟型结构130相对于最中间的感测单元组的位置，碟型结构130可横向地、纵向地、或横向地和纵向地两者(如对角地)位移朝向最中间的感测单元组。应注意的是，微透镜122和碟型结构130位移的量可能不等，取决于微透镜122和碟型结构130与最中间的感测单元组距离多远。举例来说，当碟型结构130及/或微透镜122较接近最中间的感测单元组时，碟型结构130及/或微透镜122可能刻意地位移较小的量，而当碟型结构130及/或微透镜122较远离最中间的感测单元组时，碟型结构130及/或微透镜122可能刻意地位移较大的量。根据本公开的一些实施例，碟型结构130可由其对应的微透镜122的中心偏移间距D，由中心的间距D大约介于像素尺寸的0％和35％之间。取决于影像感测器阵列和发出光线的排列，微透镜122和碟型结构130可位移等量或不等量。
图4A是根据本公开的其他实施例，另一个影像感测器20的剖面示意图。影像感测器20绘示图3的周围感测单元组可能呈现的样子。相较于图1A所示的影像感测器10，在感测单元组100A和感测单元组100B的微透镜122内形成的碟型结构130由其对应的微透镜122的中心偏移。此外，也应注意的是，感测单元组100A和感测单元组100B的微透镜122也些微地位移朝向右边。影像感测器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的特征与影像感测器10类似，其细节将不于此重复赘述。
参照图4A，当感测单元组100A和感测单元组100B位在远离影像感测器阵列的中心时(例如朝向边缘)，仅可接收到特定倾斜角度的入射光L4。当传输入射光L4穿过正向曲率半径的微透镜122时，入射光L4汇聚于形成在右感测单元100A-R和右感测单元100B-R的感测部106上的光点140，以便被接收。另一方面，传输当入射光L4穿过负向曲率半径的碟型结构130时，入射光L4发散远离感测单元组100A和感测单元组100B的中心点，以形成在左感测单元100A-L和左感测单元100B-L的感测部106上的光点140，以便被接收。若碟型结构130维持在其对应的微透镜122的中心，入射光L4可能无法适当地被左感测单元100A-L和左感测单元100B-L接收。事实上，维持碟型结构130在其对应的微透镜122的中心可能会偏转一些入射光L4远离左感测单元100A-L和左感测单元100B-L的感测部106。因此，本公开的设计也可配合倾斜入射光线，从而改善颜色判定的均匀度。
如图1A和图4A所示，根据一些实施例，一种影像感测器，包括：第一组感测单元；第二组感测单元，其中第一组感测单元和第二组感测单元的每一个包括多个感测部106、彩色滤光层110、和微透镜122，彩色滤光层110设置于感测部106上，微透镜122设置于彩色滤光层110上。微透镜122包括正向曲率半径。影像感测器也包括形成于第一组感测单元的微透镜122内的第一碟型结构，其中第一碟型结构包括负向曲率半径，位在第一组感测单元的微透镜122的中心。影像感测器更包括形成于第二组感测单元的微透镜122内的第二碟型结构，其中第二碟型结构包括负向曲率半径，且第二碟型结构由第二组感测单元的微透镜122的中心偏移。
图4B是根据本公开的其他实施例，影像感测器20的剖面示意图。具体而言，图4B绘示图4A的影像感测器20的微透镜122和碟型结构130的放大示意图。根据本公开的一些实施例，碟型结构130由微透镜122的中心偏移。如前述，微透镜122一般具有正向曲率半径，除了碟型结构130具有负向曲率半径。在大小方面，微透镜122的曲率半径R0大于碟型结构130的曲率半径R2。在一些实施例中，碟型结构130的第二深度D2(最大深度)大约介于微透镜122的高度H的20％和40％之间。碟型结构130的第二宽度W2大约介于微透镜122的底宽度W0的20％和60％之间。
继续参照图4B，相较于图1B，位在微透镜122中心的碟型结构130的曲率半径R1与由微透镜122中心偏移的碟型结构130的曲率半径R2可能相同。在其他实施例中，曲率半径R1与曲率半径R2可能不同。此外，取决于设计需求，第一深度D1和第一宽度W1可能分别与第二深度D2和第二宽度W2相同。在其他情形下，第一深度D1和第一宽度W1可能分别与第二深度D2和第二宽度W2不同。图1B和图4B所示的碟型结构130的尺寸可被设计以允许来自所有方向的入射光线被适当地聚焦成在每个感测部106上的光点140，以便被接收，从而改善颜色判定的均匀度。
以上概述数个实施例的特征，以使本发明所属技术领域中具有通常知识者可以更加理解本公开实施例的观点。本发明所属技术领域中具有通常知识者应该理解，可轻易地以本公开实施例为基础，设计或修改其他制程和结构，以达到与在此介绍的实施例相同的目的及/或优势。本发明所属技术领域中具有通常知识者也应该理解到，此类等效的结构并无悖离本公开实施例的精神与范围，且可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后附的权利要求书所界定者为准。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，所属技术领域中具有通常知识者将意识到，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)

1.一种影像感测器，包括：
多个感测部；
一彩色滤光层，设置于所述感测部上；以及
一微透镜，设置于该彩色滤光层上，其中该微透镜包括一正向曲率半径，且一碟型结构是形成于该微透镜内，该碟型结构包括一负向曲率半径。
2.如权利要求1所述的影像感测器，更包括：
一基底，其中所述感测部埋入于该基底内；
多个深沟槽隔离结构，将所述感测部分隔开；
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。
3.如权利要求1所述的影像感测器，更包括一顶膜，顺应性地设置于该微透镜上和该碟型结构内，其中该顶膜的折射率低于该微透镜的折射率，且该顶膜的折射率高于空气的折射率。
4.如权利要求1所述的影像感测器，其中该碟型结构是设置在该微透镜的中心。
5.如权利要求1所述的影像感测器，其中该碟型结构包括：
一第一深度，其中该第一深度小于该微透镜的高度；以及
一第一宽度，其中该第一宽度小于该微透镜的底宽度。
6.一种影像感测器，包括：
一第一组感测单元；
一第二组感测单元；
其中该第一组感测单元和该第二组感测单元的每一个包括多个感测部、一彩色滤光层、和一微透镜，该彩色滤光层设置于所述感测部上，该微透镜设置于该彩色滤光层上；
其中该微透镜包括一正向曲率半径；
其中一第一碟型结构是形成于该第一组感测单元的该微透镜内，其中该第一碟型结构包括一负向曲率半径，位在该第一组感测单元的该微透镜的中心；以及
其中一第二碟型结构是形成于该第二组感测单元的该微透镜内，其中该第二碟型结构包括该负向曲率半径，且该第二碟型结构由该第二组感测单元的该微透镜的中心偏移。
7.如权利要求6所述的影像感测器，其中该微透镜的曲率半径不同于该第一碟型结构的曲率半径，且该微透镜的曲率半径不同于该第二碟型结构的曲率半径。
8.如权利要求7所述的影像感测器，其中该第一碟型结构和该第二碟型结构具有相同的曲率半径或具有不同的曲率半径。
9.如权利要求6所述的影像感测器，其中从上示图来看，该第二碟型结构横向地、纵向地、或对角地由该第二组感测单元的该微透镜的中心偏移。
10.如权利要求6所述的影像感测器，更包括一顶膜，顺应性地设置于该微透镜上和该第一碟型结构或该第二碟型结构内，其中该顶膜的折射率低于该微透镜的折射率，且该顶膜的折射率高于空气的折射率。
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Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05129569A (ja) * 1991-10-31 1993-05-25 Olympus Optical Co Ltd 固体撮像素子
JP3344158B2 (ja) * 1995-05-19 2002-11-11 ソニー株式会社 撮像素子の製造方法
JP4285373B2 (ja) 2004-09-01 2009-06-24 セイコーエプソン株式会社 マイクロレンズの製造方法、マイクロレンズ及びマイクロレンズアレイ、並びに電気光学装置及び電子機器
JP4212605B2 (ja) 2006-05-12 2009-01-21 シャープ株式会社 撮像素子および撮像素子の製造方法
JP4936429B2 (ja) * 2006-05-16 2012-05-23 シャープ株式会社 固体撮像装置の製造方法
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
JP2009168872A (ja) 2008-01-11 2009-07-30 Sony Corp レンズの製造方法および固体撮像装置の製造方法
US7729055B2 (en) 2008-03-20 2010-06-01 Aptina Imaging Corporation Method and apparatus providing concave microlenses for semiconductor imaging devices
JP2009258286A (ja) * 2008-04-15 2009-11-05 Konica Minolta Opto Inc 撮像レンズ、撮像ユニット及び携帯端末
TWI378264B (en) * 2008-05-19 2012-12-01 Visera Technologies Co Ltd Microlens
KR101776955B1 (ko) * 2009-02-10 2017-09-08 소니 주식회사 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기
JP5702625B2 (ja) * 2011-02-22 2015-04-15 ソニー株式会社 撮像素子、撮像素子の製造方法、画素設計方法および電子機器
JP5765081B2 (ja) 2011-06-22 2015-08-19 ソニー株式会社 撮像素子、電子機器、製造方法、および検査装置
US9215430B2 (en) * 2013-03-15 2015-12-15 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with pixels having increased optical crosstalk
WO2015151697A1 (ja) * 2014-04-04 2015-10-08 シャープ株式会社 レンズ素子、撮像装置、および撮像レンズ
JP2016139988A (ja) 2015-01-28 2016-08-04 株式会社東芝 固体撮像装置
WO2018043654A1 (ja) 2016-09-02 2018-03-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器
CN115763508B (zh) 2016-10-28 2024-03-19 索尼公司 光检测装置
WO2019220861A1 (ja) * 2018-05-16 2019-11-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および固体撮像素子の製造方法
JPWO2020122032A1 (ja) * 2018-12-13 2021-10-28 凸版印刷株式会社 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法
TW202040992A (zh) 2019-02-25 2020-11-01 日商索尼半導體解決方案公司 固態攝像裝置及電子機器
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