CN1819249A - 具有方形微透镜的图像传感器 - Google Patents

具有方形微透镜的图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN1819249A
CN1819249A CNA2005101376126A CN200510137612A CN1819249A CN 1819249 A CN1819249 A CN 1819249A CN A2005101376126 A CNA2005101376126 A CN A2005101376126A CN 200510137612 A CN200510137612 A CN 200510137612A CN 1819249 A CN1819249 A CN 1819249A
Authority
CN
China
Prior art keywords
color
layer
filter layer
imageing sensor
microlens
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CNA2005101376126A
Other languages
English (en)
Inventor
金相植
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DongbuAnam Semiconductor Inc
Original Assignee
DongbuAnam Semiconductor Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DongbuAnam Semiconductor Inc filed Critical DongbuAnam Semiconductor Inc
Publication of CN1819249A publication Critical patent/CN1819249A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

一种图像传感器包括：滤色器层，包括形成二维滤色器阵列的多个滤色器；内透镜层，设置于滤色器层之下，该内透镜层包括相应于滤色器阵列的第一维度以条图案排列的多个内透镜；以及微透镜层，设置于滤色器层之上，该微透镜层包括相应于滤色器阵列的第二维度以条图案排列的多个微透镜，每个微透镜层具有用于聚光的弯曲上表面。于是，经过聚光透镜的入射光被引导到光电二极管，以减少光损耗和提高光敏度。

Description

具有方形微透镜的图像传感器
相关申请的交叉参考
本申请要求于2004年12月30日提交的韩国专利申请No.10-2004-0116511的权益，通过引用将其全部结合于本申请中。
技术领域
本发明涉及图像传感器，尤其涉及具有方形微透镜的图像传感器，其中透镜层在滤色器层之下和之上以条图案十字交叉，以形成一个聚光透镜，从而经过聚光透镜的入射光被导向到光电二极管以减少光损耗和提高光敏度。
背景技术
在制造图像传感器时，分辨率是由排列在图像平面中的光电二极管的数目决定。因此，在图像传感器中有朝着更高数量的像素以及带来单位像素小型化的趋势。在会聚外部图像到图像平面时，单位像素的尺寸变小，以及接收光的该像素的一部分减小，从而减少光敏度。为了提高光敏度，使用了聚光透镜。
聚光透镜形成于滤色器层之下或之上。由于入射光的聚光效率取决于聚光透镜的截面积，聚光透镜的面积被最大化，以便会聚更多的光以减少未会聚的光从工而减少相位信号，由此获得高分辨率的图像。
如上所述，利用图像传感器的小型化和多像素结构，可形成每单位面积的更多像素。随着像素尺寸的减少，片上类型中形成的滤色器层和微透镜层的尺寸也减少。因为单位像素的尺寸越小，接收光的光电二极管区域减少，由此减少了光敏度。为了弥补减少的光敏度，另外形成内透镜。在此情况下，内透镜促使入射光适应于由于F数目所造成的聚光角度的变化以及由于从光电二极管区域的长距离所造成的杂散光。替代地，微透镜的尺寸被最大化以补偿减少的光敏度。
微透镜本质上能够以方形形成。然而，难以形成方形微透镜，因为在格栅结构中使得对角线周围的表面积最小化的这些特征也倾向于形成圆形。另外，由于微透镜在图像被形成时因光学效应而具有圆形，微透镜未形成的部分沿对角线增加。为此，入射光的损耗连同入射光的散射一起出现，入射光再次进入邻近像素中以充作使分辨率恶化的相位信号。
发明内容
因此，本发明针对于具有方形微透镜的图像传感器，其实质上消除了可能由于相关技术的局限和缺点所引起的一个或多个问题。
本发明能提供一种具有方形微透镜的图像传感器，其中透镜层在滤色器层之下和之上以条图案十字交叉，以形成聚光透镜，以使经过聚光透镜的入射光被导向到光电二极管以减少光损耗和提高光敏度。
本发明的附加优点和特征将在随后的说明中被部分地阐述，且对于察阅下文的本领域普通技术人员将部分地变得明显。本发明的这些和其他优点将通过在书面的描述及其权利要求以及附图中具体指出的结构来实现和获得。
为了实现这些和其他优点，如这里所具体化和广义描述的，提供了一种图像传感器，包括：滤色器层，包括形成二维滤色器阵列的多个滤色器；内透镜层，设置于滤色器层之下，该内透镜层包括相应于滤色器阵列的第一维度以条图案排列的多个内透镜；以及微透镜层，设置于滤色器层之上，该微透镜层包括相应于滤色器阵列的第二维度以条图案排列的多个微透镜，每个微透镜层具有用于聚光的弯曲上表面。
应当理解，本发明的前面一般性描述和下面详细描述是示范性和说明性的，旨在于提供所请求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
被囊括用以提供本发明的进一步理解的附图图示了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1和2是现有黑和白图像传感器的截面图，包括平面化层；
图3是根据本发明的图像传感器的透视结构图；
图4是根据本发明的图像传感器的平面图；
图5是沿着图4的线V的截面图；
图6是沿着图4的线VI的截面图；
图7是用于说明相关技术的图像传感器中损耗区域的平面图；以及
图8是用于说明根据本发明的图像传感器中低损耗区域的平面图。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的示范实施例，其实例在附图中被图示。如有可能，相似的参考标记在整个附图中被用于指代相同或相似部分。
图1和2说明图像传感器的基本之下结构，其通过用以完成通常称为黑和白图像传感器的工艺步骤来形成，即没有用于滤色和分色的滤色器阵列的图像传感器。滤色器阵列一般占据一层，即滤色器层，且包括在两个维度或方向上例如沿x轴和y轴排列的多个滤色器。
图像传感器可通过CMOS或CCD的典型工艺步骤来形成，以使光电二极管12形成于硅晶片10上，且被金属层14每个像素地划分。滤色器层以片上类型形成于图像传感器中以实现滤色和分色。图像传感器是通过典型的工艺步骤以CCD或CMOS类型形成于硅晶片上。平面化层20是由在可见波长区域内具有良好透明度的有机材料形成，以在图像传感器的上部被钝化的状态下改善滤色器层的轮廓和均匀性。
本发明的图像传感器包括：滤色器层，其被夹在占据一层且紧接地设置于滤色器层之下的内透镜的条图案与占据一层且紧接地设置于滤色器层之上的微透镜层的条图案之间。内透镜层30形成于平面化层20上。
参考图3，根据本发明的图像传感器包括设置在滤色器层40之下的内透镜层30和形成于滤色器层上的微透镜层42。内透镜层30和微透镜层42的每个条部分(section)具有用于聚光的具有预定曲率的上表面。内透镜层30的部分垂直穿过微透镜层42的部分以形成对应于像素尺寸的方形交叉。
参考图4至6，光电二极管12形成于硅晶片10上，平面化层20形成于光电二极管12之上。滤色器层40形成于内透镜层30和微透镜层42之间。
为了制造根据本发明的图像传感器，该图像传感器是通过典型工艺步骤依照CCD或CMOS类型形成于硅晶片上。平面化层是由在可见波长区域内具有良好透明度的有机材料形成，以改善滤色器层的轮廓和均匀性，从而图像传感器的上部被钝化。在平面化层被形成之后，具有良好流动性的光阻剂(photoresist)在形成内透镜层的过程中以预定厚度被涂覆。光阻剂的厚度取决于像素的尺寸以及待涂覆光阻剂的层的厚度。通常，光阻剂可被涂覆约0.5μm到约1.5μm的厚度。内透镜层在水平或垂直方向以条图案来形成，如平面图中所示。内透镜层的条图案被形成为交叉微透镜层的条图案。换句话说，如果内透镜层被成列地形成，则滤色器层上的微透镜层被成行地形成。
图7和8分别比较了相关技术的图像传感器中的对比微透镜结构与根据本发明的图像传感器，强调了出现在图7中的损耗区域的消除。
在内透镜层以条状形成后，第一涂覆层是从透明聚酰亚胺材料形成以平面化内透镜层的不均匀部分。滤色器层然后通过预定工艺来形成。最后，第二涂覆层被选择性地形成以改善平面化、控制焦距及保护滤色器层，由此形成条状微透镜。因此，条状微透镜被形成为二维地交叉内透镜。因此，双条状微透镜被形成。代替了具有方形但是具有不能使用的对角拐角的微透镜，通过以条状交叉透镜层来形成于滤色器层之下和之上的一个聚光透镜。于是，经过聚光镜的入射光被引导至光电二极管，以减少光损耗和提高光敏度。
对于本领域技术人员明显的是，不脱离本发明的精神或范围，可在本发明中做出各种改型。于是，旨在于本发明覆盖这样的改型，只要它们落入所附权利要求及其等效的范围之内。

Claims (11)

1.一种图像传感器，包括：
滤色器层，包括形成滤色器阵列的多个滤色器；
内透镜层，位于所述滤色器层之下，所述内透镜层包括沿第一方向以条图案排列的多个内透镜；以及
微透镜层，位于所述滤色器层之上，所述微透镜层包括沿第二方向以条图案排列的多个微透镜，每个微透镜层具有用于聚光的弯曲上表面。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中第一方向垂直于第二方向。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其中所述微透镜层的条图案和所述内透镜层的条图案形成多个方形交叉，每个交叉对应于像素。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述微透镜层的条图案的每个微透镜和所述内透镜层的条图案的每个内透镜具有相等宽度。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述内透镜层具有约0.5μm到约1.5μm的厚度。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述微透镜层具有约0.5μm到约1.5μm的厚度。
7.如权利要求1所述的图像传感器，进一步包括形成于内透镜层上的涂覆层。
8.如权利要求1所述的图像传感器，进一步包括形成于滤色器层上的涂覆层。
9.一种用于制造具有滤色器层的图像传感器的方法，该滤色器层被夹在紧接地形成于滤色器层之下的内透镜层与紧接地形成于滤色器层之上的微透镜层之间，该方法包括：
以光阻剂层涂覆内透镜层，该光阻剂层具有沿二维像素阵列的第一方向排列的条图案；
在所述涂覆层之上形成滤色器层；以及
以光阻剂层涂覆滤色器层，该光阻剂层具有沿二维像素阵列的第二方向排列的条图案。
10.如权利要求7所述的方法，进一步包括：
形成第一涂覆层以平面化滤色器层。
11.如权利要求8所述的方法，进一步包括：
在第一涂覆层上形成第二涂覆层以接纳滤色器层；以及平面化第二涂覆层。
CNA2005101376126A 2004-12-30 2005-12-26 具有方形微透镜的图像传感器 Pending CN1819249A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040116511 2004-12-30
KR1020040116511A KR100628231B1 (ko) 2004-12-30 2004-12-30 사각 마이크로렌즈를 갖는 이미지 센서 및 그 제조방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1819249A true CN1819249A (zh) 2006-08-16

Family

ID=36640078

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2005101376126A Pending CN1819249A (zh) 2004-12-30 2005-12-26 具有方形微透镜的图像传感器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20060146412A1 (zh)
KR (1) KR100628231B1 (zh)
CN (1) CN1819249A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103081457A (zh) * 2010-08-24 2013-05-01 富士胶片株式会社 固态成像装置
CN103208497A (zh) * 2012-01-13 2013-07-17 采钰科技股份有限公司 彩色滤光结构及其制造方法
CN109716177A (zh) * 2016-09-15 2019-05-03 麦格纳国际公司 用于色度分离的超表面透镜组件

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9143668B2 (en) * 2010-10-29 2015-09-22 Apple Inc. Camera lens structures and display structures for electronic devices
US8466000B2 (en) 2011-04-14 2013-06-18 United Microelectronics Corp. Backside-illuminated image sensor and fabricating method thereof
US20130010165A1 (en) 2011-07-05 2013-01-10 United Microelectronics Corp. Optical micro structure, method for fabricating the same and applications thereof
JP5800662B2 (ja) * 2011-10-07 2015-10-28 キヤノン株式会社 半導体装置及びその製造方法
US9312292B2 (en) 2011-10-26 2016-04-12 United Microelectronics Corp. Back side illumination image sensor and manufacturing method thereof
US8318579B1 (en) 2011-12-01 2012-11-27 United Microelectronics Corp. Method for fabricating semiconductor device
US8815102B2 (en) 2012-03-23 2014-08-26 United Microelectronics Corporation Method for fabricating patterned dichroic film
US9401441B2 (en) 2012-06-14 2016-07-26 United Microelectronics Corporation Back-illuminated image sensor with dishing depression surface
US8779344B2 (en) 2012-07-11 2014-07-15 United Microelectronics Corp. Image sensor including a deep trench isolation (DTI)that does not contact a connecting element physically
US8828779B2 (en) 2012-11-01 2014-09-09 United Microelectronics Corp. Backside illumination (BSI) CMOS image sensor process
US8779484B2 (en) 2012-11-29 2014-07-15 United Microelectronics Corp. Image sensor and process thereof
US9279923B2 (en) 2013-03-26 2016-03-08 United Microelectronics Corporation Color filter layer and method of fabricating the same
US9537040B2 (en) 2013-05-09 2017-01-03 United Microelectronics Corp. Complementary metal-oxide-semiconductor image sensor and manufacturing method thereof
US9129876B2 (en) 2013-05-28 2015-09-08 United Microelectronics Corp. Image sensor and process thereof
US9054106B2 (en) 2013-11-13 2015-06-09 United Microelectronics Corp. Semiconductor structure and method for manufacturing the same
US9841319B2 (en) 2013-11-19 2017-12-12 United Microelectronics Corp. Light detecting device
TWM607385U (zh) * 2020-02-20 2021-02-11 神盾股份有限公司 光感測元及使用其的光學生物特徵感測器

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4694185A (en) * 1986-04-18 1987-09-15 Eastman Kodak Company Light sensing devices with lenticular pixels
JP3666203B2 (ja) * 1997-09-08 2005-06-29 ソニー株式会社 固体撮像素子
JP3509534B2 (ja) * 1998-03-09 2004-03-22 富士通株式会社 光学装置
US6821810B1 (en) * 2000-08-07 2004-11-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company High transmittance overcoat for optimization of long focal length microlens arrays in semiconductor color imagers
JP2003332547A (ja) * 2002-05-16 2003-11-21 Fuji Film Microdevices Co Ltd 固体撮像素子及びその製造方法
US7268950B2 (en) * 2003-11-18 2007-09-11 Merlin Technology Limited Liability Company Variable optical arrays and variable manufacturing methods

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103081457A (zh) * 2010-08-24 2013-05-01 富士胶片株式会社 固态成像装置
CN103081457B (zh) * 2010-08-24 2016-04-13 富士胶片株式会社 固态成像装置
CN103208497A (zh) * 2012-01-13 2013-07-17 采钰科技股份有限公司 彩色滤光结构及其制造方法
CN109716177A (zh) * 2016-09-15 2019-05-03 麦格纳国际公司 用于色度分离的超表面透镜组件
CN109716177B (zh) * 2016-09-15 2024-01-30 麦格纳国际公司 用于色度分离的超表面透镜组件

Also Published As

Publication number Publication date
KR20060077607A (ko) 2006-07-05
KR100628231B1 (ko) 2006-09-26
US20060146412A1 (en) 2006-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1819249A (zh) 具有方形微透镜的图像传感器
CN109716177B (zh) 用于色度分离的超表面透镜组件
US8004595B2 (en) Solid-state imaging device with a two-dimensional array of unit pixels
CN101592849B (zh) 摄像装置
US20070097249A1 (en) Camera module
CN1574381A (zh) 具有用沟槽结构分隔的微透镜阵列的图象传感器及制造方法
JP4307497B2 (ja) 固体撮像素子、固体撮像装置および電子情報機器
US20130208172A1 (en) Imaging apparatus and imaging system
US7868285B2 (en) Array-type light receiving device and light collection method
US10840293B2 (en) Image sensor structure
US20080142685A1 (en) Integrated image sensor having a color-filtering microlens, and related system and method
CN1819248A (zh) Cmos图像传感器及其制造方法
JP5627622B2 (ja) 固体撮像装置および携帯情報端末
CN1501507A (zh) 具有在外围区域的大微透镜的图像传感器
KR20060122971A (ko) 렌즈 어레이 및 상기 렌즈 어레이를 제작하기 위한 방법
JP2001208902A (ja) 固体撮像素子及びその製造方法
US9525005B2 (en) Image sensor device, CIS structure, and method for forming the same
CN102625034A (zh) 图像拾取单元
JP2006502588A (ja) マイクロレンズ付き固体イメージセンサ及び非テレセントリック撮像レンズを備えた光学系
CN100429779C (zh) 图像传感器及其制造方法
KR20070083785A (ko) 고체 촬상 장치 및 마스크 제작 방법
KR100223853B1 (ko) 고체촬상소자의 구조 및 제조방법
CN1822378A (zh) 具有衍射透镜的图像传感器及其制造方法
US7078258B2 (en) Image sensor and manufacturing method of image sensor
JP2002280532A (ja) 固体撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication