TWI479650B - 改良式背側發光影像感測器架構及其製造方法 - Google Patents

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Description

改良式背側發光影像感測器架構及其製造方法 發明領域
本發明係有關於互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器，且更特別的是有關一種背側照明影像感測器及封裝構造。
 發明背景
半導體裝置的趨勢係為更小的積體電路(IC)裝置(亦稱為晶片)，封裝在更小的封裝體中(其會保護該晶片並提供晶片外傳訊連接)。一個例子是影像感測器，其為IC裝置而包含光檢測器會將入射光轉變成電訊號(其會以良好的空間解析度來精確地反映該入射光的強度和色彩資訊)。影像感測器可為前側照明式(FSI)或背側照明式(BSI)。
一傳統的前側照明式(FSI)影像感測器具有光檢測器等形成於矽晶片的表面之被顯像的光會入射處。該等光檢測器的支持電路係形成於該等光檢測器上方，而有孔隙(光管)容許光穿過該等電路層來達到該等光檢測器。濾色器和微透鏡會被設在含有該等光檢測器的表面上方。FSI影像感測器的缺點係該等電路層會限制各像元的入射光必 須通過的孔隙之尺寸。若像元尺寸由於更高數目的像元和更小晶片尺寸的要求而縮小，則像元面積對整體感測器面積之比會減少。此會減低該感測器的量子效率(QE)。
一傳統的背側照明式(BSI)影像感測器係類似於一FSI影像感測器，唯除該等光檢測器會接收穿過該晶片之背面的光(即該光含進入該晶片的背面)，並穿過該矽基材，直到其達到該等光檢測器)。該等濾色器和微透鏡係安裝於該晶片的背面。以此構造，該入射光會避開該等電路層。但是，BSI影像感測器的缺點包括在該矽基材中之擴散所造成的像元串擾(即其中沒有電路或其它結構會形成孔隙開孔來隔離各像元的傳送光一藍光係特別容易發生此擴散現象)，及由於較短的光徑而需要一較厚的微透鏡。
BSI對影像感測器之另一重大問題係穿過該矽基材之不同色彩的光之量子效率會不同，因為被該矽吸收(即衰減)的光量會依據波長而不同。此意指以一均勻厚度的矽基材，則該等光檢測器針對各紅、綠、藍色光的吸收量並不相同。為能使衰減同等化，該等不同色光將必須穿過該矽的不同厚度。矽的吸收係數，及為同等化衰減之矽的厚度比，乃針對三種不同色彩的光來被提供於下表中：
由上所示，如一例中，一矽厚度若對藍色為1μm，對綠色為1.65μm，對紅色為5.70μm，將可對全部的三色波長產生一均同的吸收。吸收的另一種測量值為“吸收深度”，其係為該基材在大約64%(1-1/e)的初始強度會被吸收，而大約36%(1/e)會穿過時的厚度。該表顯示一矽厚度對藍色為0.625μm，對綠色為1.03μm，對紅色為3.56μm時，將會產生一大約64%-均一吸收，而36%的光會穿過該矽。
任何色彩，在限制內，皆可以三種添加的主色譬如紅、綠、藍色之一線性組合來表示。為使一感測器陣列能感測色彩，一具有紅、綠、藍色濾光元件的濾色器陣列會被覆設於該感測器陣列上，而使該濾色器陣列的各濾光元件會與該感測器陣列之一個光檢測器對準(即每一光檢測器及其相關的濾色器會形成被抓取的影像之一像元)。該等紅色濾光元件會阻擋綠色和藍色光，而只容許紅色光達到該感測器陣列之對應的光感測器，因此其只會輸出該影像的紅色分量。該等綠色濾光元件會阻擋紅色和藍色光，而只容許綠色光達到該感測器陣列之對應的光感測器，因此其只會輸出該影像的綠色分量。該等藍色濾光元件會阻擋紅色和綠色光，而只容許藍色光達到該感測器陣列之對應的光感測器，因此其只會輸出該影像的藍色分量。故，入射於該濾色器陣列上之光的三分之二會被阻擋不能達到該感測器陣列，致會顯著地減低該感測器陣列對一彩色影像的整體檢測敏感性，而會顯著地減低該感測器陣列對一彩色影像的解析度。
一種使用半導體式影像感測器來抓取攝影機中之色彩資訊的普通方法係利用一紅、綠和藍色像元輪替的感光鑲嵌幕，譬如一貝爾(Bayer)圖案。達到該等像元的光會被例如以聚醯亞胺等材料製成之對應的紅、綠或藍色濾光膜過濾。
不幸的是，若該像元尺寸變得較小，則有些光不會集中於該等光檢測器上，此會使光被耗失且像元反應會減低。該主射線係為穿過一引進瞳孔中央的光線，且靠近該引進瞳孔中央的光會進入該陣列中央處的像元。該主射線的角度一般係稱為主射線角(CRA)。在該感測陣列的周緣處，該像元反應會減降至低於其零度角度反應(此時該像元係垂直於入射光)某一百分比(例如80%)。靠近該感測器陣列之中心軸線入射的光會幾乎平行於該中心軸線來進入該等像元。但是遠離該中心軸線入射的光會以不平行於該中心軸線的角度進入該等像元。結果，位於離開該陣列之中央處的像元之間將會相互串擾。串擾會造成該影像感測器中的雜訊。
故有需要一種改良的BSI影感測器構造以使多種波長的入射光穿過該矽基材的吸收率會實質上一致。亦有需要一種用於BSI影像感測器晶片之改良的裝體和封裝技術，其能提供一低廓形晶級封裝方案，而係有成本效益的且可靠的(即會提供所需的機械支撐和電連接)，其意指該封裝方案將必須能夠整合前端和後端製程。亦有需要一種影像感測器其會因增升量子效率及減少像元串擾而來最佳化 並改良該影像品質。
 發明概要
上述的問題和需要係可藉一種影像感測器裝置來解決，其包含一基材含有多數個光檢測器，其中該多數個光檢測器之一第一部份各具有一側向尺寸係比該多數個光檢測器之一第二部份的每一者更小，及多數個接觸墊係電耦接於該等光檢測器，和多數個濾色器各設在一個該光檢測器上方。該多數個光檢測器係構製成能回應於入射穿過該等濾色器的光來產生電子訊號。
本發明之其它的目的和特徵將可參閱本說明書，申請專利範圍和所圖式等而清楚得知。
10‧‧‧晶片
12‧‧‧基材
12a‧‧‧前表面
12b‧‧‧後表面
14‧‧‧光檢測器
14a‧‧‧周緣光檢測器
14b‧‧‧中介光檢測器
14c‧‧‧中央光檢測器
16‧‧‧支持電路
18，44，66，86‧‧‧接觸墊
20‧‧‧執持件
22‧‧‧接合介面
24，70，72‧‧‧孔
26，74‧‧‧隔離層
28‧‧‧空穴
28a‧‧‧底表面
30‧‧‧第二空穴
32‧‧‧吸收補償材料
34‧‧‧濾色器
36‧‧‧微透鏡
38，96‧‧‧透光基材
40‧‧‧晶粒線
42，64，84‧‧‧主板
46‧‧‧導線
48‧‧‧透鏡模組總成
50‧‧‧透鏡
52‧‧‧透明基材
56‧‧‧導電層
58‧‧‧軌線
60‧‧‧包封材料
62，82‧‧‧SMT互接物
68‧‧‧孔隙
76‧‧‧導電材料
78‧‧‧接墊
80‧‧‧包封層
88‧‧‧影像訊號
90‧‧‧影像處理器
92‧‧‧液晶透鏡
94‧‧‧液晶材料
96‧‧‧透光基材
98‧‧‧電極層
100‧‧‧透鏡基材
102‧‧‧透鏡部份
圖1A~1G為各截面側視圖乃依序示出在形成該封裝的影像感測器時之各步驟。
圖2A~2E為各截面側視圖乃依序示出在形成該封裝的影像感測器之一變化實施例時的各步驟。
圖3A~3D為各截面側視圖乃依序示出在形成該封裝的影像感測器之一第二變化實施例時的各步驟。
圖4為一截面側視圖乃示出圖1G之封裝的影像感測器之一變化實施例，其中在該影像感測器中之光檢測器的尺寸係不相同。
圖5為一截面側視圖乃示出圖2E之封裝的影像感測器之一變化實施例，其中在該影像感測器中之光檢測器 的尺寸係不相同。
圖6為一截面側視圖乃示出圖3D之封裝的影像感測器之一變化實施例，其中在該影像感測器中之光檢測器的尺寸係不相同。
圖7A和7B為示出用以改變該影像感測器陣列中之光檢測器的相對尺寸和佈局之一舉例模式的示意圖。
圖8為一示意圖乃示出一影像被該影像感測器抓取，及訊號由該影像感測器送至該影像處理器。
圖9A和10A為示出一透鏡具有一不均一的放大率之示意圖。
圖9B和10B為示出一透鏡具有一均一的放大率之示意圖。
圖11為一示出一液晶透鏡之各層的截面側視圖。
圖12為一截面側視圖乃示出圖4之封裝的影像感測器之一變化實施例，其中該吸收補償材料32、該等濾色器34和微透鏡36係形成於該基材表面。
圖13為一截面側視圖乃示出圖5之封裝的影像感測器之一變化實施例，其中該吸收補償材料32、該等濾色器34和微透鏡36係形成於該基材表面。
圖14為一截面側視圖乃示出圖6之封裝的影像感測器之一變化實施例，其中該吸收補償材料32、該等濾色器34和微透鏡36係形成於該基材表面。
圖15為一截面側視圖乃示出該等微透鏡構形之一變化實施例。
圖16為一截面側視圖乃示出圖14之封裝的影像感測器之一變化實施例，其係利用一單一透鏡基材而有一體形成的透鏡部份形成於它的上和下表面上。
 較佳實施例之詳細說明
本發明為一種改良的BSI影像感測器和封裝，其會依據波長而減少基材衰減變數的量，及其之製造方法。
製造該封裝的影像感測器之方法包括該BSI影像測器的同時製造和封裝。該方法係以圖1A中所示之一傳統的BSI影像感測器晶片10開始。晶片10包含一基材12，其上有多數個光檢測器14和支持電路16，以及接觸墊18等被形成。該等光檢測器14、支持電路16和接觸墊18係形成於該基材12的朝下(前)表面12a。較好的是，全部的該支持電路16係形成於光檢測器14下方(較接近於該前表面12a)，俾使支持電路16不會阻礙經由該後表面12b進入並穿過基材10射向該等光檢測器14的光。該等接觸墊18係藉由支持電路16電耦接於該等光檢測器14以提供晶片外傳訊。光檢測器器14會將入射在表面12b上並達到該等光檢測器14的光能轉變成一電壓及/或電流訊號。附加的電路可被包含於該晶片上來放大該電壓，及/或將其轉變成數位資料。此類型的BSI影像感測器係公知於該領域中，故不在此進一步說明。
一執持件20係使用一接合介面22固定於該基材12的前表面12a。執持件20可由陶瓷或晶體材料製成。接合介面22可例如為二氧化矽、環氧基複合物、聚醯胺或任何 其它能夠承受高達200℃溫度的介電材料。一選擇性薄化製程嗣可被用來減少該基材12和執持件20的厚度(例如藉研磨或蝕刻該基材12的後表面12b和執持件20的底表面)。在一較佳實施例中，該基材12較好具有一厚度等於或大於10μm，且該剩餘的執持件20較好具有一厚度等於或大於50μm。所造成的結構係示於圖1B中。
孔24等(即通道)嗣會被形成於該後表面12b中，其會自延伸至曝露接觸墊18。孔24可被使用一雷射，一電漿蝕刻製程，一噴砂製程，一機械銑切製程，或任何它類似的方法來形成。較好的是，孔24係被以光微影電漿蝕刻來形成，其包含形成一層光阻於該基材12的後表面12b上，圖案該光阻以曝露該表面12b的選擇部份，然後進行一電漿蝕刻製程(例如BOSCH製程，其會使用SF6和C4F8氣體的組合)來移除該基材12的曝露部份，直到接觸墊18被曝露在該等孔的底部為止。一隔離(介電)層26嗣會被沈積/形成並圖案化於該後表面12b上(包括該等孔24的側壁)。該層26可為氧化矽、氮化矽、環氧基物、聚醯亞胺、樹脂或任何其它適當的介電材料。較好是，介電層26為SiO2 且至少一0.5μm的厚度，其係使用一PECVD沈積技術(其係公知於該領中)，再以微影製程來形成者，其會由該表面12b的選擇部份和各孔24的底部移除該介電材料。所造成的結構係示於圖1C中。
一空穴28嗣會被形成於該表面126位於光檢測器14上方的部份。空穴28可被使用一雷射，一電漿蝕刻製程， 一噴砂製程，一極械銑切製程，或任何其它類似的方法來形成。較好是，空穴28係以光微影電漿蝕刻來形成，其會在該空穴的最大深度部份留下一大約10μm的最小厚度(即空穴28具有一底表面28a離該前表面12a大約10μm)。或者，該電漿蝕刻製程可藉使用介電層26作為選性機構(即在表面12b上之介電層26中的間隙會界定該基材12被曝露並受到該電漿蝕刻的部份)來被進行而不用一光微影步驟。第二空穴30等嗣會被形成於該空穴28之底表面28a的所擇部份中，較好是藉一或多個微影術和電漿蝕刻製程或任可其它類似的方法。每一該等第二空穴30係設在一或多個光檢測器14的上方。每一第二空穴30的深度將會依據會被底下之對應的光檢測器14測量之光的色彩而不相同。如一非限制之例，在PGB光檢測器的情況下，具有一深度為5至6μm的第二空穴30會被形成於紅光光檢測器上方(即它們係與一後述的紅色濾光器相關聯)，具有一深度為1.5至2μm的第二空穴30會被行成於綠光光檢測器上方(即它們係與一後述的綠色濾光器相關聯)，而設有第二空穴會被形成於該等藍光光檢測器上方(即它們係與一後述的藍色濾光器相關聯)。所造成結構係示於圖1D中。
一吸收補償材料32係沈積於第二空穴30內。材料32可為任何材料其具有光吸收特性不同於矽基材12者(例如在各種頻率的吸收係數與矽不同)。材料32可為一聚合物，環氧基物，一樹脂，或任何其它具有需光吸收特性的適當材料。較好是，材料32為聚合物，其形成係使用一噴 灑沈積技術(其係公知於該領域中)，再藉微影移除製程以使該等第二空穴30填滿該材料32(即填高至空穴28的底表面28a)。一濾色器34和微透鏡36會被使用傳統的濾光器/透鏡製造程序(它們係公知於該領域中)來裝在空穴28內之每一個光檢測器14上方(即在各填滿的第二空穴30上方)。該等微透鏡36可被互相分開或一起整體地形成。同樣地，相同色彩之鄰近的濾色器34亦可被互相分開或一起整體形成。一光學防反射塗層可被施加或包含於微透鏡36上，或在濾色器34與該材料32或表面28a之間。一透光基材38(例如玻璃)38嗣會被使用一接合介面(未示出)，譬如聚醯亞胺、樹脂、環氧基物、或任可其它適當的接合材料，來接合於該基材的後表面12b上或上方(即空穴28上方)。透光意指至少一範圍的光波長能穿過該基材，而所需的波長最多只有可容忍的吸收損耗。所造成的結構係亦於圖1E中。
較好是，多個影像感測器晶片係被如個別的晶粒製成於單一晶圓上。在此處理階段時，該晶圓級組合結構會被分開(即切割、分割等)以形成個別的封裝體。此程序可藉使用傳統的晶圓切割及/或雷射設備來完成。其會沿晶粒線40，如圖1F中所示，分開個別的晶粒。該晶粒可在切割之前或之後被測試，且得知良好的感測器晶片嗣會被移除並放入托盤中以供將來組合。
已知好的影像感測器晶片10嗣會被附接於一主板(比如一印刷電路板)42，其包含接觸墊44等和電軌線(未示出)可供晶片外傳訊。導線46等係連線(並提供一電氣連接) 於該影像感測器晶片10的接觸墊18與主板42的個別接觸墊44之間。導線46可為合金的金、銅或任何其它適當的導線接合材料，且係使用任何傳統的導線接合技術(其係公知於該領域中)來形成。一透鏡模組總成48嗣會被固定或組合於該透光基材38上方，較好是使用一接合材料譬如環氧基物。該透鏡模組總成48包含一或多個透鏡50(用以將聚集於該等光檢測器14上)，及一透明基材52在該等透鏡50上方。該最後結構係示於圖1G中。
在操作時，入射光會被透鏡模組48集中，而穿過基材38，穿過微透鏡36和濾色器34，穿過材料32(若有存在)，穿過該基材12的任何部份而至光檢測器14中，其則會回應於該入射光來提供電訊號。該等電訊號會被支持電路16處理，並經由接觸墊18、導線46、及接觸墊44等傳送至晶片外。
圖1G之封裝體結構的主要優點係配設在該等光檢測器14上方之材料32的不同深度(其能被精確地控制)會對所有色彩的光皆造成實質上相同的吸收率。例如，假設該材料32具有比矽更高的吸收係數，則在紅色像元光檢測器14(即該等光檢測器14具有一紅色濾光器34)上方的材料32之厚度會是最大的，而在綠色像元光檢測器(即該等光檢測器14具有一綠色濾光器34)上方的材料32之厚度將會小於紅色像元光檢測器者，且在藍色像元光檢測器(即該等光檢測器14具有一藍色濾光器34)上方的材料32之厚度會是三者中最小的或甚至是零(即沒有材料32在該等藍色像元 光檢測器上方，因為沒有第二空穴30被形成於該等光檢測器上方)。以此構造，所有三種色彩的光當它們穿過該矽基材10和任何材料32時，將會同等地或幾乎同等地衰減，因為增加的材料32深度將會衰減該紅色和綠色光來匹配達到該等光檢測器的藍色光之強度。具有比矽更高的吸收係數之適當材料包括有機和無機聚合物或半導體摻雜材料。
如另一例，假設該材料32具有比矽更低的吸收係數，則在藍色像元光檢測器14上方的材料32之厚度會是最大的，而在綠色像元光檢測器上方的材料32之厚度將會小於藍色像元光檢測器上方者，且在紅色像元光檢測器上方的材料32之厚度將會是該三者之中最小的，或甚至是零(即沒有材料32在該等紅色像元光檢測器上方，因為沒有第二空穴30被形成於該等光檢測器上方)。以此構造，全部三種色彩的光當它們穿過該矽基材10和任何材料32時，將會同等地或幾乎同等地衰減。具有比矽更低吸收係數3的材料32包括有機和無機聚合物。
圖1G的封裝體結構之另一優點係每一部件皆能被分開地製造和測試。具言之，各影像感測器晶片10可在被固定於板42並與透鏡模組總成48(其亦會被分開地製造和測試)封裝之前先被測試和鑑定，因此只有已知良好的部件會被用於最後的整合，故會提高產能和良率，並減低成本。該封裝體結構亦具有一低廓形，會提供所需的機械支撐和電氣連接，而且是更可靠並有成本效益的。
圖2A~2E示出該封裝的影像感測器之一變化實 施例。以圖1C中所示的結構開始，一層導電材料56會被沈積於該結構上方，包括在該等孔24的側壁和底壁上，如圖2A中所示。導電層56可為Cu、Ti/Cu、Ti/Al、Cr/Cu或其它公知的導電材料。沈積可藉濺射、電鍍或濺射和電鍍之一組合來完成。一圖案化的光微影層會被沈積在該導電層56頂上，然後以一蝕刻製程來移除該層56的選擇部份，而留下多數的導電軌線58等各會由接觸墊18(在孔24的底部)延伸，升高至該孔的側壁，並沿基材的後表面12b延伸。所造成的結構係示於圖2B中。
該空穴28、第二空穴30、材料32、濾色器和微透鏡34/36，及透明基材38的形成係似一類似前述參照圖1D~1E之說明方法來進行，而造成圖2C中所示的結構。一圖案化的包封(介電)材料嗣會被形成於影像感測器晶圓的背面上，其係藉材料沈積再以微影術選擇性移除，此會留下包封材料60佈設在基材後表面12b上方，且較好填滿各孔24。該包封材料60亦會在該後表面12b的選擇部份上被移除，而留下選擇的軌線58部份被曝露。包封材料60是一種介電材料，其可為環氧基物、聚醯亞胺、樹脂或其它適當的絕緣材料。較好是，在後表面12b的包封材料60厚度為5μm至40μm，並完全封住各孔24。表面安裝(SMT)互接物62等嗣會被以一方式形成於後表面12b上方，而使其各皆會與一該等軌線58的曝露部份電接觸。SMT互接物可為BGA式，並使用一焊料合金的網幕印刷製法，或以一焊球配置製法，或以一電鍍製法來形成。球柵陣列(BGA)互接物係為圓形用 以與相對的導體形成實體接觸和電氣接觸，通常係藉焊接或部份地熔化金屬球於軌線58上來形成。或者SMT互接物62亦可為導電金屬柱(例如銅)。所造成的結構係示於圖2D中。
在以一參照圖1F說明於上的類似方法來切割/分割晶圓之後，該影像感測器晶片10會被附接於一主板64。主板64包含電氣軌線(未示出)及接觸墊66等其會使用傳統的SMT或倒裝晶片組合技術來電氣連接於SMT互接物62。主板64包含一孔隙68設於該等光檢測器14上方，入射光會穿過該孔隙。該透鏡模組總成48附接於該主板，而使該等透鏡50會集中該入射光穿過孔隙68，穿過透明基材38，穿過微透鏡/濾色器36/34，穿過材料32(若有存在)，穿過矽基材12，而至光檢測器14。最後的結構係亦於圖2E中。發自該等光檢測器14的電氣訊號會被支持電路16處理，並經由接觸墊18、軌線58、SMT互接物62、和接觸墊66及該主板64上的軌線而傳出晶片。
圖3A~圖3D示出該封裝的影像感測器之一第二變化實施例的製造。開始的結構係如在圖1E中所示者，唯除沒有形成孔24和介電層26(如圖3A中所示，其另外示出有接合介面材料70介於該透明基材38該基材12之間)。孔70等會被形成貫穿該執持件20來曝露接觸墊18。孔70可被使用一雷射，一電漿蝕刻製程，一噴製砂製程，一機械銑切製程，或任何其它類似的方法來形成。較好孔70係以光微影電漿蝕刻來形成，其包含形成一層光阻於該執持件上，圖 案化該光阻層以曝露永久執持件的選擇部份，然後進行一電漿蝕刻程(例如BOSCH，其會使用SF6和C4F8氣體的組合物)來移除該執持件20的曝露部份以形成孔72。一隔離(介電)層74會被沈積並圖案化於該執持件20的底表面上(包括孔72內)。該層74可為氧化矽、氮化矽、環氧基物、聚醯亞胺、樹脂或任何其它適當的介電材料。較好是，介電層為SiO2 具有至少0.5μm的厚度，其係藉使用一PECVD沈積技術(該領域中公知)，再以一微影製程來形成，其會由孔72的底部移除該介電層(而留下接觸墊18被曝露)。所造成的結構係於圖3B中。
一導電材料76係沈積在該介電層74上，較好是部份或完全地填滿各孔72。該導電材料可為Cu、Ti/Cu、Ti/Al、Cr/Cu或其它公知的導電材料。沈積可藉濺射、電鍍或濺射和電鍍之一組合來為之。一光微影蝕刻製嗣會被用來選擇地移除孔72內以外的導電材料76(且較好有一小部份伸出孔72外，其會形成SMT相容接墊78)。一圖案化的包封(介電)層80嗣會沈積在該執持件20的底表面上，其可為環氧基物、聚醯亞胺、Fr4、樹脂或任何其它適當的包封材料。較好是，包封層80具有一厚度為大約5μm至40μm。包封層80可被使用任何標準包封物沈積製法(其係公知於該領域中)來形成。一光微影製程嗣會被用來移除部份的包封層80以曝露SMT相容接墊78。SMT互接物82嗣會被以一如前述參照SMT互接的類似方法形成於該等曝露的接墊78上。所造成的結構係示於圖3C中。
在以一如前述參照圖1F的類似方法來切割/分割晶圓之後，該透鏡模組總成48會附接於透明基材38，而使該等透鏡50會集中入射光來穿過透明基材38，穿過微透鏡/濾色器36/34，穿過材料32(若有存在)，穿過矽基材12，並至光檢測器14。該影像感測器晶片10嗣會附接於一主板(例如一印刷電路板)84，其包含接觸墊86和電軌線(未示出)等可供晶片外傳訊。最終結構係示於圖3D中。發自光檢測器14的電訊號會被支持電路16處理，並經由接觸墊18，導電材料76，接墊78，SMT互接物80和接觸墊86及主板84的軌線等來專出晶片外。
圖4~6分別示出圖1G、2E和3D之各封裝的影像感測器總成之變化實施例。在各例中，該等光檢測器14(及其相關的濾色器34、微透鏡36和任何吸收材料32)的二維密度係在該光檢測器14的陣列之一中央部份為最大，而在該光檢測器14的陣列之周緣處會減小，如圖4~6中所示。該密度由該裝置的中央減降係可藉如離該裝置之一中心點或區域的距離之一函數，來逐增各光檢測器14的側向截面積(以及所對應的濾色器34、微透鏡36和任何吸收材料32的截面積)而被達成。較好是光檢測器的間隔實質上保持固定且盡可能地小(可能甚至為0)，俾使射擊到該等間隔的光量最少化，而不會被任何光檢測器感測到。
指示該等光檢測器之側向尺寸增加的擴大率可為持續且漸進的，包括針對光檢測器組群或其之任何組合之審慎的尺寸縮減步驟。例如，圖7A示出一具有三種側向 尺寸之光檢測器的陣列。靠近該陣列之周緣的光檢測器14a具有最大的側向尺寸。在該陣列中央的光檢測器14c具有最小的側向尺寸。介於光檢測器14a和14c之間的光檢測器14b則具有一中等的側向尺寸。如一非限制例，用於圖7A之陣列的擴大率可依下列公式，且被示於圖7B中：A=2B+X=4C+3X......(1)
B=2C+X......(2)其中A是光檢測器14a的尺寸，B是光檢測器14b的尺寸，C是光檢測器14c的尺寸，而X是光檢測器間的距離(其中X0)。每一次逐步縮減側向尺寸(例如由A減至B，或由B減至C)較好是(但不一定要)包含一側向尺寸以一半或大約一半的縮減，俾可簡化來自該等光檢測器之訊號的處理(例如影像處理可將多數個較小的光檢測器視為單一像元，而相對於一較大的光檢測器亦視為單一像元)，且能最小化該等光檢測器的間隙。雖只有三種光檢測器側向尺寸被示出並說明於上，但更多的光檢測器側向尺寸亦可被利用。
在該感測器裝置周緣的光檢測器之增加的側向尺寸會減少該等較靠近該影像感測器周緣的光檢測器之間的串擾，並實質上增加該感測器裝置的量子效率。
在該陣列中央處之較高的像元稠密度亦可被用來以一固定焦點透鏡實行一影像放大功能及後處理，其會因免除一移動透鏡總成而能減少該裝置的高度約25%或更多。如圖8中所示，該影像感測器10會經由透鏡模組48抓取一物體的影像，而產生一影像訊號88，並將該影像訊號88 送至一影像處理器90。為造成所抓取的影像的中央之一放大影像，該影像處理器可藉只考量得自位在中央的光檢測器14之訊號(使用一具有如同原來的縱橫比之邊界，而不管來自該邊界外部-即較靠近該周緣的光檢測器14之訊號)，然後將得自位於較中央的光檢測器之訊號插回到原來影像的像元尺寸中，而來有效地獲取該影像。該放大影像的品質實際上係受限於該邊界內的有效像元之密度或數目。
為能實現較大的放大率，該透鏡模組48可在視野(FOV)的中央具有一較大的放大率，如圖9A和10A中所示，其乃相對於一如圖9B和10B中所示的均一放大率。此一透鏡構形將會造成畸變影像，其中央部份會畸變且較大數目的像元可被用來描示該放大影像。桶形畸變算法ru =rd (1+krd 2 )是一種用於找出一畸變像元之無畸變位置的公式。該畸變像元將會被移至該算出的位置，以消除該桶形畸變效應(見圖9B和10B)。一無畸變的像元位置係以ru 代表，該畸變的像元與光軸之間的距離係以rd 代表，而每一透鏡獨特的畸變參數係以k代表。所產生的座標並非恆為一整數值。因此，將無畸變的像元置於原來的像元之間，並使用雙直線插入法，會解決此問題。雙直線插入法包括取樣四個最靠近的鄰近像元，並用它們的加權之和來造成一個新像元，其會十分近似其周邊者。
該放大功能亦可藉使用一液晶透鏡92來被加強，其中該液晶材料會形成一可電調變的液晶透鏡。該液 晶材料94可伴隨一電極層98被中夾於二透光基材96之間，如圖11中所示。液晶透鏡係公知於該領域中，故不在此進一步揭露。
應請注意的是，視該基材10的厚度而定，該等吸收補償材料32、濾色器34和微透鏡36的形成可被形成於該基材的後表面12b，而非在一空穴28的底表面28a上。因此，圖12~14乃分別示出在圖4~6中所示者的變化實施例，其中材料32、濾色器34和微透鏡36等係形成於基材10的後表面12b。此外，在變化實施例中，該吸收補償材料32可被由圖4~6和12~14的實施例中略除(即光檢測器等係為不同的側向尺寸，但沒有任何吸收補償材料32)。
圖15示出該等微透鏡36之一構形，其中在每個微透鏡36下方之光檢測器14及/或濾色器34的數目會改變(例如依據該等光檢測器14及/或濾色器34的側向尺寸)。相較於靠近該陣列之外緣的較大光檢測器14，在靠近該陣列的中央處會有較多個較小的光檢測器14被設在單一微透鏡36下方。甚至在單一微透鏡36下方之光檢測器14的尺寸亦可改變，如圖12中所示。
應請瞭解本發明並不限於上述及所示的實施例，而是包含任何所有落諸於所附之申請專利範圍內的全部變化例。例如，以上對本發明的說明，並非意圖要限制任何請求項的範圍，而是僅要說明一或多個特徵，其可被該等申請專利範圍的一或多項所涵蓋。上述的材料、製法和數字之例等係僅為舉例，而不應被認為限制該等申請專 利範圍。又，由該等申請專利範圍和說明書顯然可知，並非所有的方法步驟皆必須被以完全如所示或所請求的順序來進行，而是得以任何順序，其容許本發明之封裝的影像感測器晶片能被正確地形成。濾色器34及/或微透鏡36亦可被設在該等第二空穴32中而非空穴28中。單獨的材料層可被形成為多個該等或類似的材料層，且反之亦然；又單獨的構件可被形成為多個構件，且反之亦然。例如，圖16示出圖14者之一變化實施例，其中透鏡總成48係被以單一的透鏡基材100來替代，而有一體形成的透鏡部份102形成於其上和下表面上。此單一的透鏡可被與任何所述的實施例一起使用。
應要陳明的是若“上方”和“上”等詞語被用於此，兩都皆含括地包含“直接於上”(無中間材料、元件或空間設於其間)及“間接於上”(有中間材料、元件或空間設於其間)。同樣地，“鄰近”乙詞包含“直接鄰近”(無中間材料、元件或空間設於其間)，及“間接鄰近”(有中間材料、元件或空間設於其間)；“安裝於”包含“直接安裝於”(無中間材料、元件或空間設於其間)，及“間接安裝於”(有中間材料、元件或空間設於其間)；且“電耦接”包含“直接電耦接於”(無中間材料或元件於其間所將該等元件一起電連接”，及“間接電耦接於”(有中間材料或元件在其間來將該等元件一起電連接)。例如，“在一基材上方”形成一元件可包括直接在該基材上形成該元件，而無中間材料/元件介於其間，以及在該基材上間接地形成該元件，而有一或更多中間材料/元件介 於其間。
10‧‧‧晶片
12‧‧‧基材
12a‧‧‧前表面
14‧‧‧光檢測器
16‧‧‧支持電路
18，44‧‧‧接觸墊
22‧‧‧接合介面
24‧‧‧孔
26‧‧‧隔離層
28‧‧‧空穴
32‧‧‧吸收補償材料
34‧‧‧濾色器
36‧‧‧微透鏡
38‧‧‧透光基材
42‧‧‧主板
46‧‧‧導線
48‧‧‧透鏡模組總成
50‧‧‧透鏡
52‧‧‧透明基材

Claims (15)

  1. 一種影像感測器裝置，包含：一基材，其包括：多數個光檢測器，其中該等多數個光檢測器之一第一部份各自具有一側向尺寸，該側向尺寸係比該等多數個光檢測器之一第二部份中的每一者更小；電耦接於該等光檢測器之多數個接觸墊；各自設在該等光檢測器中之一者上方之多數個濾色器；其中該等多數個光檢測器係組配成能回應於入射穿過該等濾色器的光來產生電子訊號。
  2. 如請求項1之影像感測器裝置，其中：該等多數個光檢測器係在該基材中排列成一個二維陣列；該等多數個光檢測器的該第一部份係設成靠近該陣列之一中央；該等多數個光檢測器的該第二部份係設成靠近該陣列之一周緣。
  3. 如請求項2之影像感測器裝置，其中：該等多數個光檢測器之一第三部份各自具有一側向尺寸，該側向尺寸係比該等多數個光檢測器之該第二部份中的每一者更小；該等多數個光檢測器的該第三部份各自具有一側 向尺寸，該側向尺寸係比該等多數個光檢測器之該第一部份中的每一者更大；該等多數個光檢測器的該第三部份係設在該等多數個光檢測器的該等第一和第二部份之間。
  4. 如請求項2之影像感測器裝置，其中該等多數個光檢測器之一密度在該陣列的該中央係比在該陣列的該周緣更大。
  5. 如請求項1之影像感測器裝置，其中該等光檢測器之側向相鄰者係以一間隔互相隔開，該間隔遍及該陣列係實質上相同。
  6. 如請求項1之影像感測器裝置，其中該基材具有相反的前和後表面，且該等多數個接觸墊係形成於該前表面，該影像感測器裝置更包含：裝在該基材上方之至少一透鏡，其係用以集中光來穿過該等濾色器並射至該等光檢測器上；各自由該後表面延伸至該等接觸墊中之一者之多數個孔；附接於該前表面之一執持件；附接於該執持件之一主板，其中該主板包括多數個接觸墊；及多數條導線，其係各自由該基材之該等接觸墊中之一者，穿過該等孔中之一者，並延伸至該主板的該等接觸墊中之一者。
  7. 如請求項1之影像感測器裝置，其中該基材具有相反的 前和後表面，且該等多數個接觸墊係形成於該前表面，該影像感測器裝置更包含：裝在該基材上方之至少一透鏡，其係用以集中光來穿過該等濾色器並射至該等光檢測器上；各自由該後表面延伸至該等接觸墊中之一者之多數個孔；多數的導電軌線，其係各自由該等接觸墊中之一者沿該等孔中之一者的一側壁延伸，且在該基材的後表面上方延伸；及一主板，其係設在該後表面上方並具有多數個接觸墊，其中該基材的該等接觸墊中之每一者係電氣連接於該主板的該等接觸墊中之一者。
  8. 如請求項7之影像感測器裝置，其中該主板包括設在該空穴上方之一孔隙。
  9. 如請求項1之影像感測器裝置，其中該基材具有相反的前和後表面，且該等多數個接觸墊係形成於該前表面，該影像感測器裝置更包含：裝在該基材上方之至少一透鏡，其係用以集中光來穿過該等濾色器並射至該等光檢測器上；一執持件，其具有延伸於其第一和第二表面間之貫孔，其中該第一表面係附接於該前表面，使得該等孔中之每一者會與該等接觸墊中之一者對準；該等孔中之每一者具有導電材料，其會穿過該孔而由一個接觸墊延伸至該第二表面。
  10. 如請求項9之影像感測器裝置，更包含：多數個表面安裝(SMT)互接物，該等多數個表面安裝(SMT)互接物中之每一者係在該第二表面附接並電氣連接於該等孔中之一者的該導電材料。
  11. 如請求項1之影像感測器裝置，更包含：設在該等光檢測器上方之多數個微透鏡。
  12. 如請求項11之影像感測器裝置，其中該等多數個微透鏡中之每一者係僅設在該等光檢測器中之一者上方。
  13. 如請求項11之影像感測器裝置，更包含：其中該等多數個微透鏡之一第一部份中之每一者係設在該等多數個光檢測器的該第一部份之一第一預定數目者上方；其中該等多數個微透鏡之一第二部份中之每一者係設在該第二部份的光檢測器之一第二預定數目者上方；且其中該第一預定數目係不同於該第二預定數目。
  14. 如請求項13之影像感測器裝置，其中該第一預定數目係大於該第二預定數目。
  15. 如請求項11之影像感測器裝置，更包含：塗覆在該等微透鏡上或在該等濾色器下方之一防反射塗層。
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