TW201537737A - 具有無隙微透鏡的影像感測器 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種影像感測器，其包含配置於一半導體基板中之複數個光敏裝置。一平面層安置於該半導體基板中之該複數個光敏裝置上。由一透鏡材料組成之複數個第一微透鏡配置於該平面層上之第一透鏡區域中。由該透鏡材料組成之複數個透鏡阻隔物配置於該平面層上以提供界定該平面層上之第二透鏡區域之邊界。由該透鏡材料組成之複數個第二微透鏡形成於藉由該複數個透鏡阻隔物提供之界定該平面層上之該等第二透鏡區域之該等邊界內。該複數個透鏡阻隔物在該複數個第二微透鏡之一回焊程序之後與各自第二微透鏡整合。

Description

具有無隙微透鏡的影像感測器
本發明大體上係關於成像，且特定言之，本發明係關於具有無隙微透鏡之高動態範圍影像感測器。
影像感測器已變得無處不在。影像感測器廣泛用於數位靜態相機、蜂巢式電話、監控攝影機以及醫療、汽車及其他應用。用於製造諸如互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器(CIS)之影像感測器之技術不斷大幅進步。舉例而言，對較高解析度及較低功率消耗之需求已助長此等影像感測器之進一步微型化及整合。
高動態範圍(HDR)影像感測器已變得對諸多應用有用。一般言之，包含例如電荷耦合裝置(CCD)及CMOS影像感測器的普通影像感測器具有約70dB動態範圍之一動態範圍。相比之下，人眼具有高達約100dB之一動態範圍。存在其中具有一增大動態範圍之一影像感測器係有益的各種情況。舉例而言，汽車工業中需要具有大於100dB動態範圍之一動態範圍之影像感測器以處理不同行駛條件，諸如自一黑暗隧道行駛至明亮日光中。實際上，諸多應用可需要具有至少90dB或更高之動態範圍之影像感測器以適應自低光條件變化至亮光條件之各種照明情況。
提供微型化之較高解析度影像感測器之挑戰之一者係已知影像感測器中之微透鏡之間的間隙距離限制影像感測器中之微透鏡之密 度。實際上，隨著透鏡之間的間隙變得更小，相鄰微透鏡在回焊程序期間合併在一起之風險增大，此減低良率。因此，維持微透鏡之間的最小間隙距離已導致已知影像感測器中之減小填充因數及較低量子效率。
100‧‧‧HDR成像系統/HDR影像感測器
102‧‧‧像素陣列
104‧‧‧讀出電路
106‧‧‧功能邏輯
108‧‧‧控制電路
110‧‧‧像素
112‧‧‧讀出行
210‧‧‧像素
212‧‧‧讀出行
214‧‧‧長整合光敏裝置PDL
216‧‧‧短整合光敏裝置PDS
218‧‧‧轉移電晶體T1L
222‧‧‧重設電晶體
224‧‧‧放大器電晶體T3
226‧‧‧列選擇電晶體T4
228‧‧‧浮動汲極FD
300‧‧‧影像感測器
302‧‧‧像素陣列
314‧‧‧光敏裝置
330‧‧‧第一複數個微透鏡
332‧‧‧透鏡阻隔物
334‧‧‧平面層
336‧‧‧半導體基板
338‧‧‧第二複數個微透鏡
400‧‧‧影像感測器
402‧‧‧像素陣列
414‧‧‧光敏裝置
430‧‧‧第一複數個微透鏡
432‧‧‧透鏡阻隔物
434‧‧‧平面層
436‧‧‧半導體基板
438‧‧‧第二複數個微透鏡
C1至Cx‧‧‧行
P1至Pn‧‧‧像素
R1至Ry‧‧‧列
RST‧‧‧重設信號
SEL‧‧‧控制信號
參考隨附圖式描述本發明之非限制性且非詳盡性實施例，其中除非另外規定，否則相同參考數字貫穿各種視圖指代相同部件。
圖1係圖解說明根據本發明之教示之包含具有無隙微透鏡之一例示性HDR影像感測器之一成像系統之一實例之一圖式。
圖2係圖解說明根據本發明之教示之包含複數個光敏裝置之一影像感測器之HDR像素電路之一實例之一示意圖。
圖3A圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器中圖案化之複數個第一微透鏡及複數個透鏡阻隔物之一實例之一俯視圖。
圖3B圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器中圖案化之複數個透鏡阻隔物之實例之一截面視圖。
圖3C圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器之一第一回焊程序之後的複數個第一微透鏡及複數個透鏡阻隔物之實例之一俯視圖。
圖3D圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器之第一回焊程序之後的複數個透鏡阻隔物之實例之一截面視圖。
圖3E圖解說明根據本發明之教示之在第一複數個微透鏡及複數個透鏡阻隔物已被回焊之後在例示性影像感測器中圖案化之複數個第二微透鏡之實例之俯視圖。
圖3F圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器中圖案化之複數個第二微透鏡及複數個透鏡阻隔物之實例之一截面視圖。
圖3G圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器之一 第二回焊程序之後的複數個第二微透鏡及複數個透鏡阻隔物之實例之一俯視圖。
圖3H圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器之第二回焊程序之後的複數個第二微透鏡及複數個透鏡阻隔物之實例之一截面視圖。
圖4A圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器中圖案化之複數個第一微透鏡及複數個透鏡阻隔物之另一實例之一俯視圖。
圖4B圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器中圖案化之複數個透鏡阻隔物之實例之一截面視圖。
圖4C圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器之一第一回焊程序之後的複數個第一微透鏡及複數個透鏡阻隔物之實例之一俯視圖。
圖4D圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器之第一回焊程序之後的複數個透鏡阻隔物之實例之一截面視圖。
圖4E圖解說明根據本發明之教示之在第一複數個微透鏡及複數個透鏡阻隔物已被回焊之後在例示性影像感測器中圖案化之複數個第二微透鏡之另一實例之俯視圖。
圖4F圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器中圖案化之複數個第二微透鏡及複數個透鏡阻隔物之實例之一截面視圖。
圖4G圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器之一第二回焊程序之後的複數個第二微透鏡及複數個透鏡阻隔物之實例之一俯視圖。
圖4H圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器之第二回焊程序之後的複數個第二微透鏡及複數個透鏡阻隔物之實例之一截面視圖。
對應參考字元貫穿圖式之若干視圖指示對應組件。熟習此項技術者將暸解，圖式中之元件出於簡明及清楚之目的而圖解說明且未必按比例繪製。舉例而言，圖式中之元件之一些之尺寸可相對於其他元件誇大以有助於增進對本發明之各種實施例之理解。此外，通常未描繪在可商用實施例中有用或必要的常見但眾所周知之元件以促進對本發明之此等各種實施例之較不受阻礙之觀察。
在以下描述中，闡述數種特定細節以提供對本發明之一透徹理解。然而，一般技術者將明白，不必採用特定細節來實踐本發明。在其他例項中，未詳細描述眾所周知之材料或方法以避免使本發明模糊不清。
貫穿本說明書對「一項實施例」、「一實施例」、「一項實例」或「一實例」之參考意謂結合實施例或實例描述之特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一項實施例中。因此，措辭「在一項實施例中」、「在一實施例中」、「在一項實例中」或「在一實例中」在貫穿本說明書之各種位置之出現不必皆指代相同實施例或實例。此外，特定特徵、結構或特性可在一或多個實施例或實例中以任意合適組合及/或子組合而組合。特定特徵、結構或特性可包含於一積體電路、一電子電路、一組合邏輯電路或提供所描述之功能性之其他合適組件中。另外，應暸解，本文提供之圖式係出於向一般技術者解釋之目的且圖式不必按比例繪製。
根據本發明之教示之實例描述具有複數個無隙微透鏡之一影像感測器。使用根據本發明之教示提供之無隙微透鏡，增大填充因數且向根據本發明之教示之例示性影像感測器提供改良量子效率。在出於解釋目的而提供之各種實例中，影像感測器係一HDR影像感測器，其包含光學耦合至影像感測器之短整合光敏裝置之第一複數個微透鏡及 光學耦合至影像感測器之長整合光敏裝置之第二複數個微透鏡。如將在各種實例中描述，根據本發明之教示，由透鏡材料製成之複數個透鏡阻隔物配置於影像感測器之一平面層上以提供界定平面層上之第二透鏡區域之邊界，以提供無隙微透鏡。
為圖解說明，圖1係大體上展示根據本發明之教示之包含具有像素110之一例示性像素陣列102之一HDR成像系統100之一實例之一圖式。在一實例中，像素110可為包含至少一短整合光敏裝置及一長整合光敏裝置之HDR像素。在一實例中，相較於像素之長整合光敏裝置，各像素之短整合光敏裝置具有一較小曝光面積及一較高總摻雜濃度。相應地，在所描繪之實例中，根據本發明之教示，光學耦合至短整合光敏裝置之第一複數個微透鏡具有小於光學耦合至長整合光敏裝置之第二複數個微透鏡之一面積。
在一實例中，由與第一複數個微透鏡及第二複數個微透鏡相同之透鏡材料製成之複數個透鏡阻隔物亦配置於影像感測器之一平面層上以提供界定平面層上之第二透鏡區域之邊界，以提供無隙微透鏡。如在所描述之實例中所展示，HDR成像系統100包含耦合至控制電路108及讀出電路104之像素陣列102，讀出電路104耦合至功能邏輯106。
在一實例中，像素陣列102係成像感測器或像素110(例如，像素P1、P2…、Pn)之一二維(2D)陣列。在一實例中，各像素110係包含至少一短整合光敏裝置及一長整合光敏裝置之一CMOS成像像素。如所圖解說明，各像素110配置成一列(例如，列R1至Ry)及一行(例如，行C1至Cx)以獲取一人、位置、物件等等之影像資料，此等影像資料可接著用於呈現該人、位置、物件等等之一影像。
在一實例中，在各像素110已獲取其影像資料或影像電荷之後，影像資料藉由讀出電路104透過讀出行112讀出且接著轉移至功能邏輯 106。在各種實例中，讀出電路104可包含放大電路、類比轉數位(ADC)轉換電路或其他電路。功能邏輯106可僅儲存影像資料或甚至藉由施加後影像效果(例如，剪裁、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱影像資料。在一實例中，讀出電路104可沿著讀出行線(已圖解說明)一次讀出一列影像資料或可使用各種其他技術(未圖解說明)讀出影像資料，諸如一串列讀出或同時完全並行讀出所有像素。
在一實例中，控制電路108耦合至像素陣列102以控制像素陣列102之操作特性。舉例而言，控制電路108可產生用於控制影像獲取之一快門信號。在一實例中，快門信號係用於同時啟用像素陣列102內之所有像素以在一單一獲取窗期間同時纈取其等各自影像資料之一全域快門信號。在另一實例中，快門信號係滾動快門信號，使得各像素列、像素行或像素群組在連續獲取窗期間被相繼啟用。
圖2係說明根據本發明之教示之一像素210之一實例之一示意圖。在一實例中，應瞭解，像素210可為上文在圖1中圖解說明之HDR影像感測器100之例示性像素陣列102中所包含之複數個像素110之一者。應瞭解，像素210係出於解釋目的而提供且因此表示用於實施圖1之像素陣列102內之各像素之僅一可能架構，且根據本發明之教示之實例不限於特定像素架構。實際上，受益於本發明之一般技術者將理解，本教示可適用於3T、4T、5T設計以及根據本發明之教示之各種其他合適像素架構。
如圖2中描繪之實例中所展示，像素210包含一短整合光敏裝置PDS 216及一長整合光敏裝置PDL 214。在一實例中，長整合光敏裝置PDL 214具有大於短整合光敏裝置PDS 216之曝光面積之一曝光面積。因此，光學耦合至長整合光敏裝置PDL 214之微透鏡對應地具有大於光學耦合至短整合光敏裝置之微透鏡之面積之一面積。在實例中，長 整合光敏裝置PDL 214對入射光具有較高敏感性且因此用於較低光強度感測。另一方面，由於短整合光敏裝置PDS 216具有較少曝光面積，故其相較於長整合光敏裝置PDL 214而言對光較不敏感且因此用於較高光強度感測。藉由在像素210中利用長整合光敏裝置PDL 214及短整合光敏裝置PDS 216二者，HDR成像感測得以實現。
繼續圖2中描繪之實例，積累於長整合光敏裝置PDL 214中之電荷回應於一控制信號TXL透過轉移電晶體T1L 218切換至一浮動汲極FD 228，且積累於短整合光敏裝置PDS 216中之電荷回應於一控制信號TXS透過轉移電晶體T1S 220切換至一浮動汲極FD 228。
如在此實例中所展示，像素210亦包含一放大器電晶體T3 224，其具有耦合至浮動汲極FD 228之一閘極端子。因此，在所圖解說明之實例中，來自長整合光敏裝置PDL 214及短整合光敏裝置PDS 216之電荷分別切換至耦合至放大器電晶體T3 224之浮動汲極FD 228。在一實例中，放大器電晶體T3 224耦合為如所展示之一源極跟隨器組態，其因此將放大器電晶體T3 224之閘極端子處之一輸入信號放大為放大器電晶體T3 224之源極端子處之一輸出信號。如所展示，列選擇電晶體T4 226耦合至放大器電晶體T3 224之源極端子以回應於一控制信號SEL將放大器電晶體T3 224之輸出選擇性地切換至讀出行212。如在此實例中所展示，像素210亦包含重設電晶體222，其耦合至浮動汲極FD 228、長整合光敏裝置PDL 214及短整合光敏裝置PDS 216，重設電晶體222可用於回應於一重設信號RST重設積累於像素210中之電荷。在一實例中，根據本發明之教示，積累於浮動汲極FD 228、長整合光敏裝置PDL 214及短整合光敏裝置PDS 216中之電荷可在像素210之一初始化週期期間重設，或例如每當已自像素210讀出電荷資訊之後且在於長整合光敏裝置PDL 214及短整合光敏裝置PDS 216中積累電荷以獲取一新HDR影像之前重設。
圖3A圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器300中圖案化之複數個第一微透鏡330及複數個透鏡阻隔物332之一實例之一俯視圖。在所描繪之實例中，應注意，影像感測器300之像素陣列302配置成一拜耳(Bayer)圖案。如所展示，拜耳圖案使用具有交替彩色濾光器列之一棋盤圖案。拜耳圖案具有係紅色(R)或藍色(B)像素之兩倍多之綠色(G)像素，且其等配置成夾於綠色(G)之間的紅色(R)交替列及夾於綠色(G)之間的藍色(B)交替列。此圖案利用人眼將綠色亮度視為在界定銳度中的最強影響因素之偏好。此外，不管吾等如何握持相機(以橫向模式或縱向模式)，拜耳圖案均產生相同影像。
如圖3A中描繪之實例中所展示，第一複數個微透鏡330配置於影像感測器300之一平面層上之第一透鏡區域中。在實例中，複數個微透鏡330之各者透過下伏平面層光學耦合至配置於影像感測器300之一下伏半導體基板中之一對應光敏裝置。圖3A中描繪之實例亦圖解說明亦存在配置於平面層上之複數個透鏡阻隔物332，如所展示。在實例中，複數個透鏡阻隔物332由具有與第一複數個微透鏡330相同之折射率之相同透鏡材料製成。在一實例中，第一複數個微透鏡330及複數個透鏡阻隔物332具有不同於其等在其上圖案化之平面層之一折射率。如將論述，根據本發明之教示，複數個透鏡阻隔物332配置於平面層上以提供界定平面層上之第二透鏡區域之邊界。在各種實例中，影像感測器300中使用之透鏡材料可由基於聚合物之材料或類似材料形成。如在圖3A中圖解說明之實例中所展示，複數個透鏡阻隔物332配置成接近於在平面層上之兩個第二透鏡區域之間界定之邊界。
舉例而言，圖3A展示複數個透鏡阻隔物332接近於與相鄰紅色(R)及藍色(B)第二透鏡區域之邊界而配置於綠色(G)第二透鏡區域內。當然，應瞭解，根據本發明之教示，圖3A中圖解說明之實例係出於圖解說明目的而提供，且複數個透鏡阻隔物332可接近於其等與綠色 (G)第二透鏡區域之各自邊界而配置於紅色(R)及藍色(B)第二透鏡區域中。
圖3B圖解說明圖3A中沿著虛線A-A'圖解說明之例示性影像感測器300之一截面視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在圖3B中描繪之截面實例中所展示，複數個透鏡阻隔物332如所展示般根據本發明之教示在平面層334上配置及圖案化。如所展示，平面層334安置於其中配置複數個光敏裝置314之一半導體基板336上。在實例中，光敏裝置314可為在上文在圖1至圖2中論述之像素110或210中所包含之光敏裝置之實例。繼續圖3B中展示之實例，根據本發明之教示，複數個透鏡阻隔物332配置於平面層334上以提供界定平面層上之第二透鏡區域之邊界。
在各種實例中，應瞭解，平面層334可包含影像感測器300之一或多個層。舉例而言，在一實例中，根據本發明之教示，平面層334可包含一或多個間隔物層以及具有紅色、綠色、藍色、藍綠色、洋紅色、黃色、透明或其他合適濾光器之各種組合之一彩色濾光器陣列層。
圖3C圖解說明根據本發明之教示之在一第一回焊程序之後的圖3A至圖3B中圖解說明之例示性影像感測器300之一俯視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在所描繪之實例中展示，第一回焊程序允許第一複數個微透鏡330及複數個透鏡阻隔物332中之表面張力致使第一複數個微透鏡330及複數個透鏡阻隔物332之個別透鏡材料塊成圓頂狀且形成彎曲。
為圖解說明，圖3D圖解說明如圖3C中沿著虛線A-A'圖解說明之第一回焊程序之後的例示性影像感測器300之一截面視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在圖3D中描繪之實例中所展示，第一回焊程序允許複數個透 鏡阻隔物332中之表面張力致使複數個透鏡阻隔物332之個別透鏡材料塊成圓頂狀且形成彎曲。
圖3E圖解說明根據本發明之教示之在第一複數個微透鏡330及複數個透鏡阻隔物332已如上文在圖3C至圖3D中所圖解說明般被回焊之後在例示性影像感測器300中圖案化之複數個第二微透鏡338之一實例之一俯視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在圖3E中描繪之實例中所展示，第二複數個微透鏡338配置於藉由影像感測器300之平面層334上之複數個透鏡阻隔物332提供之邊界界定之第二透鏡區域中。在實例中，第二複數個微透鏡338之各者透過下伏平面層334光學耦合至配置於影像感測器330之下伏半導體基板336中之一對應光敏裝置314。在實例中，第二複數個微透鏡338由具有與第一複數個微透鏡330及複數個透鏡阻隔物332相同之折射率之相同透鏡材料製成。在一實例中，第二複數個微透鏡338因此亦具有不同於第二複數個微透鏡338在其上圖案化之平面層334之一折射率。在圖3E中圖解說明之實例中，配置於綠色(G)第二透鏡區域中之第二複數個微透鏡338與其等各自透鏡阻隔物332接觸，而配置於紅色(R)及藍色(B)第二透鏡區域中之第二複數個微透鏡338不與透鏡阻隔物332接觸，透鏡阻隔物332在圖3E中展示之實例中處於綠色(G)第二透鏡區域中。
圖3F圖解說明圖3E中沿著虛線A-A'圖解說明之例示性影像感測器300之一截面視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在圖3F中描繪之截面實例中所展示，複數個第二微透鏡338如根據本發明之教示所展示般在接近於複數個透鏡阻隔物332之第二透鏡區域中配置於平面層334上。如所展示，平面層334安置於其中配置複數個光敏裝置314之一半導體基板336上。在實例中，複數個第二微透鏡338之各者亦透過平面層334光 學耦合至半導體基板336中之光敏裝置314之一對應者。
圖3G圖解說明根據本發明之教示之在一第二回焊程序之後的圖3A至圖3F中圖解說明之例示性影像感測器300之一俯視圖，第二回焊程序在第一回焊程序之後發生。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。在所圖解說明之實例中，如所展示，第二複數個微透鏡338在第二回焊程序期間回焊。如在圖3G中描繪之實例中所展示，第二回焊程序允許第二複數個微透鏡338中之表面張力致使第二複數個微透鏡338之個別透鏡材料塊成圓頂狀且形成彎曲。如在圖3G中之實例中所展示，根據本發明之教示，複數個透鏡阻隔物332之各者配置成接近於各自邊界，該等邊界界定於平面層334上之第二複數個微透鏡338之兩者之間。
為圖解說明，圖3H圖解說明如圖3G中沿著虛線A-A'圖解說明之第二回焊程序之後的例示性影像感測器300之一截面視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在圖3H中描繪之實例中所展示，第二回焊程序允許第二複數個微透鏡338中之表面張力成圓頂狀且形成彎曲。在實例中，如所展示，透鏡阻隔物332之各者與其等各自微透鏡338整合。實際上，如在一實例中所論述，根據本發明之教示，透鏡阻隔物332及微透鏡由相同透鏡材料製成且具有相同折射率，使得透鏡阻隔物332在第二回焊程序之後完全整合於其等各自微透鏡338內。
如所展示，在圖3H中描繪之實例中接近於與相鄰紅色(R)及藍色(B)第二透鏡區域之邊界配置於綠色(G)第二透鏡區域內之複數個透鏡阻隔物332提供邊界，使得當第二複數個微透鏡338回應於第二回焊程序被回焊時，複數個透鏡阻隔物332防止來自相鄰微透鏡338之透鏡材料彼此合併。因此，由於使用複數個透鏡阻隔物332防止微透鏡338之透鏡材料合併在一起，故不再需要第二複數個微透鏡338之間的先前 所需之最小間隙距離。因此，根據本發明之教示提供具有無隙或幾乎無隙之微透鏡之一影像感測器300。根據本發明之教示，使用如在所描繪之實例中展示之無隙或幾乎無隙之微透鏡，增大影像感測器300之填充因數，其亦改良影像感測器300之量子效率。
圖4A圖解說明根據本發明之教示之在一例示性影像感測器400中圖案化之複數個第一微透鏡430及複數個透鏡阻隔物432之另一實例之一俯視圖。在所描繪之實例中，應注意，影像感測器400之像素陣列402配置成一拜耳圖案。如可觀察，應注意，圖4A中展示之影像感測器400與上文在圖3A至圖3H中描述之影像感測器300共用諸多類似性。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。圖4A之影像感測器400與圖3A至圖3H之影像感測器300之間的一個差異係：該複數個透鏡阻隔物432如所展示成對配置於影像感測器400之一平面層上且將在下文進一步詳細論述。
繼續圖4A中描繪之實例，第一複數個微透鏡430配置於影像感測器400之一平面層上之第一透鏡區域中。在此實例中，複數個微透鏡430之各者透過下伏平面層光學耦合至配置於影像感測器400之一下伏半導體基板中之一對應光敏裝置。圖4A中描繪之實例亦圖解說明如所展示成對配置於平面層上之複數個透鏡阻隔物432。在此實例中，該複數個透鏡阻隔物432由具有與第一複數個微透鏡430相同之折射率之相同透鏡材料製成。在一實例中，第一複數個微透鏡430及複數個透鏡阻隔物432具有不同於其等在其上圖案化之平面層之一折射率。如將論述，根據本發明之教示，該複數個透鏡阻隔物432成對配置於平面層上以提供界定平面層上之第二透鏡區域之邊界。在各種實例中，影像感測器400中使用之透鏡材料可由基於聚合物之材料或類似材料形成。如在圖4A中圖解說明之實例中所展示，該複數個透鏡阻隔物432配置成接近於在平面層上之兩個第二透鏡區域之間界定之邊 界。
圖4B圖解說明圖4A中沿著虛線B-B'圖解說明之例示性影像感測器400之一截面視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在圖4B中描繪之截面實例中所展示，複數個透鏡阻隔物432如所展示般根據本發明之教示在平面層434上成對配置及圖案化。如所展示，平面層434安置於其中配置複數個光敏裝置414之一半導體基板436上。在實例中，光敏裝置414可為在上文在圖1至圖2中論述之像素110或210中所包含之光敏裝置之實例。繼續圖4B中展示之實例，根據本發明之教示，複數個透鏡阻隔物432之各者成對配置於平面層434上以提供界定平面層上之第二透鏡區域之邊界。
在各種實例中，應瞭解，平面層434可包含影像感測器400之一或多個層。舉例而言，在一實例中，根據本發明之教示，平面層434可包含一或多個間隔物層以及具有紅色、綠色、藍色、藍綠色、洋紅色、黃色、透明或其他合適濾光器之各種組合之一彩色濾光器陣列層。
圖4C圖解說明在根據本發明之教示之一第一回焊程序之後的圖4A至圖4B中圖解說明之例示性影像感測器400之一俯視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在所描繪之實例中展示，第一回焊程序允許第一複數個微透鏡430及複數個透鏡阻隔物432中之表面張力致使第一複數個微透鏡430及複數個透鏡阻隔物432之個別透鏡材料塊成圓頂狀且形成彎曲。
為圖解說明，圖4D圖解說明如圖4C中沿著虛線B-B，圖解說明之第一回焊程序之後的例示性影像感測器400之一截面視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在圖4D中描繪之實例中所展示，第一回焊程序允許複數個透 鏡阻隔物432中之表面張力致使複數個透鏡阻隔物432之個別透鏡材料塊成圓頂狀且形成彎曲。
圖4E圖解說明根據本發明之教示之在第一複數個微透鏡430及複數個透鏡阻隔物432已如上文在圖4C至圖4D中所圖解說明般被回焊之後在例示性影像感測器400中圖案化之複數個第二微透鏡438之一實例之一俯視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在圖4E中描繪之實例中所展示，第二複數個微透鏡438配置於藉由影像感測器400之平面層434上之複數個透鏡阻隔物432提供之邊界界定之第二透鏡區域中。在實例中，第二複數個微透鏡438之各者透過下伏平面層434光學耦合至配置於影像感測器400之下伏半導體基板436中之一對應光敏裝置414。在實例中，第二複數個微透鏡438由具有與第一複數個微透鏡430及複數個透鏡阻隔物432相同之折射率之相同透鏡材料製成。在一實例中，第二複數個微透鏡438具有不同於其等在其上圖案化之平面層434之一折射率。如在圖4E中圖解說明之實例中所展示，第二複數個微透鏡438之各者與其等各自第二透鏡區域內之其等各自透鏡阻隔物432接觸。
圖4F圖解說明圖4E中沿著虛線B-B'圖解說明之例示性影像感測器400之一截面視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在圖4F中描繪之截面實例中所展示，複數個第二微透鏡438如根據本發明之教示所展示般在接近於複數個透鏡阻隔物432之第二透鏡區域中配置於平面層434上。如所展示，平面層434安置於其中配置複數個光敏裝置414之一半導體基板436上。在實例中，複數個第二微透鏡438之各者亦透過平面層434光學耦合至半導體基板436中之光敏裝置414之一對應者。
圖4G圖解說明根據本發明之教示之在一第二回焊程序之後的圖4A至圖4F中圖解說明之例示性影像感測器400之一俯視圖，第二回焊 程序在第一回焊程序之後發生。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。在所圖解說明之實例中，如所展示，第二複數個微透鏡438在第二回焊程序期間回焊。如在圖4G中描繪之實例中所展示，第二回焊程序允許第二複數個微透鏡438中之表面張力致使第二複數個微透鏡438之個別透鏡材料塊成圓頂狀且形成彎曲。如在圖4G中之實例中所展示，根據本發明之教示，複數個透鏡阻隔物432之各者成對配置成接近於平面層434上之一經界定邊界，使得成對之透鏡阻隔物432之各者提供界定平面層434上之一各自第二透鏡區域之一部分之一對應邊界。
為圖解說明，圖4H圖解說明如圖4G中沿著虛線B-B'圖解說明之第二回焊程序之後的例示性影像感測器400之一截面視圖。因此，下文提及之經類似命名及編號之元件類似於上文描述般經耦合及起作用。如在圖4H中描繪之實例中所展示，第二回焊程序允許第二複數個微透鏡438中之表面張力成圓頂狀且形成彎曲。在實例中，如所展示，成對之透鏡阻隔物432之各者與其各自微透鏡438整合。實際上，如在一實例中所論述，根據本發明之教示，透鏡阻隔物432由相同透鏡材料製成且具有相同折射率，使得透鏡阻隔物432在第二回焊程序之後變得與其等各自微透鏡438完全整合。
如在實例中所展示，根據本發明之教示，成對之透鏡阻隔物432之各者提供一邊界之一對應部分，使得當第二複數個微透鏡438回應於第二回焊程序被回焊時，複數個透鏡阻隔物432防止一對應微透鏡438之透鏡材料與一相鄰微透鏡438之透鏡材料合併。因此，由於藉由複數個透鏡阻隔物432防止微透鏡438之透鏡材料合併在一起，故不再需要第二複數個微透鏡438之間的先前所需之最小間隙距離。因此，根據本發明之教示提供具有無隙或幾乎無隙之微透鏡之一影像感測器400。根據本發明之教示，使用如在所描繪之實例中展示之無隙或幾 乎無隙之微透鏡，增大影像感測器400之填充因數，其亦改良影像感測器400之量子效率。
本發明之所圖解說明之實例之以上描述，包含在發明摘要中描述之內容，不旨在係詳盡性的或限於所揭示之精確形式。雖然已出於闡釋性目的描述本發明之特定實施例及實例，但在不脫離本發明之更廣泛之精神及範疇之情況下，可進行各種等效修改。
鑒於上文詳細描述，可對本發明之實例做出此等修改。在以下申請專利範圍中使用之術語不應解釋為將本發明限於說明書及申請專利範圍中揭示之特定實施例。實情係，本發明範疇應完全由根據申請專利範圍解釋之已建立規則來理解之以下申請專利範圍判定。因此，本說明書及圖式應被視為闡釋性而非限制性的。
300‧‧‧影像感測器
302‧‧‧像素陣列
330‧‧‧第一複數個微透鏡
332‧‧‧透鏡阻隔物
338‧‧‧第二複數個微透鏡

Claims (19)

  1. 一種影像感測器，其包括：複數個光敏裝置，其等配置於一半導體基板中；一平面層，其安置於該半導體基板中之該複數個光敏裝置上；複數個第一微透鏡，其等由一透鏡材料組成且配置於該平面層上之第一透鏡區域中；複數個透鏡阻隔物，其等由該透鏡材料組成且配置於該平面層上以提供界定該平面層上之第二透鏡區域之邊界；及複數個第二微透鏡，其等由該透鏡材料組成且形成於由該複數個透鏡阻隔物提供之界定該平面層上之該等第二透鏡區域之該等邊界內，其中該複數個透鏡阻隔物在該複數個第二微透鏡之一回焊程序之後整合於各自第二微透鏡內。
  2. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個第一微透鏡、該複數個透鏡阻隔物及該複數個第二微透鏡之該透鏡材料係相同透鏡材料且具有相同折射率。
  3. 如請求項1之影像感測器，其中該透鏡材料具有不同於該平面層之一折射率。
  4. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個第一微透鏡之各者及該複數個第二微透鏡之各者透過該平面層光學耦合至該複數個光敏裝置之一對應者。
  5. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個第一微透鏡之各者及該複數個透鏡阻隔物之各者包含一各自圓頂，其具有在一第一回焊程序期間形成之一各自彎曲。
  6. 如請求項5之影像感測器，其中該複數個第二微透鏡之各者包含 一各自圓頂，其具有在該第一回焊程序之後發生之一第二回焊程序期間形成之一各自彎曲，其中該複數個第二微透鏡之該回焊程序在該第二回焊程序期間發生。
  7. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個透鏡阻隔物配置成接近於界定在該平面層上之兩個第二透鏡區域之間之邊界。
  8. 如請求項7之影像感測器，其中該複數個透鏡阻隔物配置於該平面層上之一第一色彩之第二透鏡區域內。
  9. 如請求項7之影像感測器，其中該複數個透鏡阻隔物成對配置於該平面層上，其中該等對透鏡阻隔物之各者提供接近於該平面層上之一各自第二透鏡區域之一部分之一對應邊界。
  10. 一種成像系統，其包括：一像素陣列，其包含配置於一半導體基板中之複數個光敏裝置；一平面層，其安置於該半導體基板中之該複數個光敏裝置上；複數個第一微透鏡，其等由一透鏡材料組成且配置於該平面層上之第一透鏡區域中；複數個透鏡阻隔物，其等由該透鏡材料組成且配置於該平面層上以提供界定該平面層上之第二透鏡區域之邊界；複數個第二微透鏡，其等由該透鏡材料組成且形成於由該複數個透鏡阻隔物提供之界定該平面層上之該等第二透鏡區域之該等邊界內，其中該複數個透鏡阻隔物在該複數個第二微透鏡之一回焊程序之後整合於各自第二微透鏡內；控制電路，其耦合至該像素陣列以控制該像素陣列之操作；及讀出電路，其耦合至該像素陣列以自該像素陣列讀出影像資料。
  11. 如請求項10之成像系統，其進一步包括功能邏輯，其耦合至該讀出電路以儲存自該像素陣列讀出之該影像資料。
  12. 如請求項10之成像系統，其中該複數個第一微透鏡、該複數個透鏡阻隔物及該複數個第二微透鏡之該透鏡材料係相同透鏡材料且具有相同折射率。
  13. 如請求項10之成像系統，其中該透鏡材料具有不同於該平面層之一折射率。
  14. 如請求項10之成像系統，其中該複數個第一微透鏡之各者及該複數個第二微透鏡之各者透過該平面層光學耦合至該複數個光敏裝置之一對應者。
  15. 如請求項10之成像系統，其中該複數個第一微透鏡之各者及該複數個透鏡阻隔物之各者包含一各自圓頂，其具有在一第一回焊程序期間形成之一各自彎曲。
  16. 如請求項15之成像系統，其中該複數個第二微透鏡之各者包含一各自圓頂，其具有在該第一回焊程序之後發生之一第二回焊程序期間形成之一各自彎曲，其中該複數個第二微透鏡之該回焊程序在該第二回焊程序期間發生。
  17. 如請求項10之成像系統，其中該複數個透鏡阻隔物配置成接近於界定在該平面層上之兩個第二透鏡區域之間之邊界。
  18. 如請求項17之成像系統，其中該複數個透鏡阻隔物配置於該平面層上之一第一色彩之第二透鏡區域內。
  19. 如請求項17之成像系統，其中該複數個透鏡阻隔物成對配置於該平面層上，其中該等對透鏡阻隔物之各者提供接近於該平面層上之一各自第二透鏡區域之一部分之一對應邊界。
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