TWI756046B - 影像感測裝置 - Google Patents
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Abstract
提供一種影像感測裝置，包括：光電轉換層、微透鏡、第一光學層、第二光學層以及抗反射層。微透鏡形成於前述光電轉換層上。第一光學層形成於前述微透鏡上。第二光學層形成於前述第一光學層上。一界面形成於前述第一光學層和前述第二光學層之間，且前述界面是傾斜的。抗反射層形成於前述第二光學層上。
Description
本揭露是有關於一種影像感測裝置，且特別是有關於一種包括形成於微透鏡上的多重光學層的影像感測裝置。
當來自電子裝置的模組透鏡的光線進入影像感測裝置時，在影像感測裝置的邊緣處將形成較大的主光角（Chief Ray Angle；CRA）。 在低光照環境下，由於影像感測裝置的感測器（例如光電二極體）不能有效地接收光，因此色彩性能和影像品質並無法令人滿意。 因此，尋找解決上述問題的方法已成為重要的課題。
本揭露之一些實施例提供一種影像感測裝置，包括：光電轉換層、微透鏡、第一光學層、第二光學層以及抗反射層。微透鏡形成於前述光電轉換層上。第一光學層形成於前述微透鏡上。第二光學層形成於前述第一光學層上。一界面形成於前述第一光學層和前述第二光學層之間，且前述界面是傾斜的。抗反射層形成於前述第二光學層上。
為讓本揭露之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉出一些實施例，並配合所附圖式，做詳細說明如下。
以下說明本揭露實施例之影像感測裝置。然而，可輕易了解本揭露實施例提供許多適合的創作概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法使用本揭露，並非用以侷限本揭露的範圍。
此外，實施例中可能使用相對性的用語，例如「下方」或「底部」及「上方」或「頂部」，以描述圖式的一個元件對於另一元件的相對關係。能理解的是，如果將圖式的裝置翻轉使其上下顛倒，則所敘述在「下方」側的元件將會成為在「上方」側的元件。
應理解的是，雖然在此可使用用語「第一」、「第二」等來敘述各種元件、材料及/或部分，這些元件、材料及/或部分不應被這些用語限定，且這些用語僅是用來區別不同的元件、材料及/或部分。因此，以下討論的一第一元件、材料及/或部分可在不偏離本揭露一些實施例之教示的情況下被稱為一第二元件、材料及/或部分，且除非特別定義，在申請專利範圍中所述的第一或第二元件、材料及/或部分可在符合申請專利範圍記載的情況下被理解為說明書中的任一元件、材料及/或部分。
除非另外定義，在此使用的全部用語（包括技術及科學用語）具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。
第1A至1C圖繪示根據本揭露一些實施例之影像感測裝置的示意圖。如第1A圖所示，提供影像感測裝置100A，其包括光電轉換層105、彩色濾光件110、微透鏡120和V形多層125。彩色濾光件110形成在光電轉換層105上。微透鏡120形成在彩色濾光件110上，且V形多層125形成在微透鏡120上。然而，本揭露不限於此，且可省略彩色濾光件110和微透鏡110中的任何一者。舉例而言，如第1B圖所示，影像感測裝置100B包括光電轉換層105、微透鏡120和V形多層125。如第1C圖所示，影像感測裝置100C包括光電轉換層105和V形多層125。光電轉換層105、彩色濾光件110、微透鏡120和V形多層125的詳細結構將進一步討論如下。
第2圖繪示根據本揭露一些實施例之影像感測裝置100的俯視示意圖。如第2圖所示，提供影像感測裝置100，其包括第一光學層130。在一些實施例中，第一光學層130不平坦，且包括多個頂點131。頂點131圍繞影像感測裝置的中心同心地排列。在本實施例中，影像感測裝置100包括晶片區域200。晶片區域200是矩形的，且晶片區域200的頂點位於第一光學層130的外邊緣上。以下將配合第2圖討論影像感測裝置100。
第3圖繪示根據本揭露一些實施例之沿第2圖所示的線A-A的剖視示意圖。如第3圖所示，提供複數個微透鏡120，其中每個微透鏡120具有凸表面，且微透鏡120的寬度D是在X軸（即水平方向）上測量。彩色濾光件110設置在個別的微透鏡120下方且對應於微透鏡120。第一光學層130形成在微透鏡120上。在一些實施例中，第一光學層130填入不同微透鏡120之間的空間。第一光學層130的材料包括氧化矽、氮化矽、樹脂、聚合物、透明材料（例如BaF
2、CaF
2等）、任何其他適合的材料或前述的組合。在一些實施例中，第一光學層130透過旋塗、濺射、光阻塗布、原子層沉積（atomic layer deposition；ALD）、電漿增強化學氣相沉積（plasma-enhanced chemical vapor deposition；PECVD）、低壓化學氣相沉積（low-pressure chemical vapor deposition；LPCVD）、高密度電漿化學氣相沉積（high-density plasma chemical vapor deposition；HDP-CVD）、任何其他適合的製程或前述的組合。在一些實施例中，第一光學層130的折射率介於約1.0至約1.3的範圍內，但是本揭露不限於此。
第一光學層130包括至少一頂點131，第一面132A和第二面132B。第一面132A和第二面132B在頂點131處相交。在一些實施例中，第一面132A和第二面132B形成V形結構（或錐形結構），例如所述的V形多層125以上。多個V形結構可以連續地連接，但是本揭露不限於此。在一些實施例中，可經由平面、曲面、任何其他適合的結構或前述的組合來連接不同的V形結構。在一些實施例中，第一面132A的斜率不同於第二面132B的斜率。高度h1是在Z軸（即垂直方向）上從微透鏡120的頂部到第一光學層120的頂點131來測量。在一些實施例中，高度h1是微透鏡120的寬度D的0.1倍至300倍（例如1倍、10倍、30倍等）。如第3圖所示，在第一面132A和基準平面M之間形成第一角度α，且在第二面132B和基準平面M之間形成第二角度β。更具體而言，第一面132A、第二面132B和參考平面M構成三角形，且第一角度α和第二角度β是三角形的內角。另外，將節距P定義為上述三角形的寬度，也可將其稱為第一面132A和第二面132B在X軸上延伸的長度。在一些實施例中，節距P介於約1μm至約300μm的範圍內。
在一些實施例中，第二光學層140形成在第一光學層130上。舉例而言，第一光學層130的材料包括氧化矽（SiO2）、氮化矽、BaF
2、CaF
2、MgO、BeO、 HfO
2、Ta
2O
5、TiO
2、MgF
2、NaF、SrF
2、任何其他適合的材料或前述的組合。在一些實施例中，第二光學層140的折射率介於約1.3至約2.5的範圍內，但是本揭露不限於此。第二光學層140的折射率大於第一光學層130的折射率。在本實施例中，在第一光學層130和第二光學層140之間形成界面，包括第一面132A和第二面132B，且此界面是傾斜的。第二光學層140可對應於第一光學層130。更具體而言，第二光學層140的輪廓可與第一光學層130的輪廓匹配。如此一來，在第二光學層140形成於第一光學層130上之後，第二光學層140的頂表面基大致上是平坦的（即大致上平行於X-Y平面），以形成後續的層。
在一些實施例中，第一角度α符合以下方程式：
，其中CRA是入射光R的主光角，其可介於0度到大約65度的範圍內，且n是第二光學層140的折射率。在一些實施例中，第一角度α符合以下方程式：
。在一些實施例中，第一角度α符合以下方程式：
。第二角度β符合以下方程式：
。另外，可根據需求調整第一角度α和第二角度β（即第一面132A和第二面132B的斜率），以將入射光R收集到影像感測裝置100的感測器（未示出）中。儘管在本實施例中第一角度α和第二角度β是固定的，但是也可根據入射光R的主光角而改變第一角度α和第二角度β。在一些實施例中，第一角度α從晶片的邊緣逐漸增加。在晶片區域200中，第二角度β從晶片的中心到晶片的邊緣逐漸降低。
此外，在第二光學層140上形成抗反射層150。抗反射層150被配置以減少入射光R的反射並增加透光率。如此一來，可提高影像感測裝置100中的感測器的靈敏度。第二光學層140的折射率不同於抗反射層150的折射率。在一些實施例中，第二光學層140的折射率高於抗反射層150的折射率。第一光學層130、第二光學層140和抗反射層150的配置（例如第一光學層130和第二光學層140之間的傾斜界面）可有助於降低入射光R（例如來自電子裝置的模組透鏡）的主光角。使得感測器可更有效地接收入射光R，進而提高感測器的靈敏度。
第4圖繪示根據本揭露其他一些實施例之沿第2圖所示的線A-A的剖視示意圖。應注意的是，本實施例中的影像感測裝置100可包括與第3圖所示的影像感測裝置100相同或相似的元件、部分或層。 此些元件、部分或層被標記為相同或相似的數字，且將不再詳細地說明。本實施例與第3圖所示的實施例之間的不同之處在於：第一光學層130中摻雜有複數個粒子160。舉例而言，粒子160的材料可包括聚合物材料，例如聚醯胺、聚醯亞胺、聚苯乙烯、聚乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚氨酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、任何其他適合的材料或前述的組合。在一些實施例中，可在第一光學層130中形成空氣隙。
在一些實施例中，粒子160的折射率小於第一光學層130的折射率，藉以調整（例如降低）第一光學層130的折射率。然而，本揭露不限於此。在一些實施例中，粒子160的平均直徑介於約20nm至約200nm的範圍內。另外，如第4圖所示，高度h2是從第一光學層130的頂點到抗反射層150的底表面來測量。在一些實施例中，高度h2可以大於約500nm。透過留下用於形成第二光學層140的高度h2，可確保整體結構的平坦化，使得影像感測裝置100的頂表面保持平坦並且平行於X-Y平面。
第5圖繪示根據本揭露其他一些實施例之沿第2圖所示的線A-A的剖視示意圖。應注意的是，本實施例中的影像感測裝置100可包括與第3圖所示的影像感測裝置100相同或相似的元件、部分或層。此些元件、部分或層被標記為相同或相似的數字，且將不再詳細地說明。本實施例與第3圖所示的實施例之間的不同之處在於：在第一面132A與第二面132B之間形成有水平面133。可基於入射光R的主光角來調整水平面133的寬度W。在一些實施例中，水平面133的寬度W可介於從0至大約一半的節距P的範圍內。
第6圖繪示根據本揭露其他一些實施例之沿第2圖所示的線A-A的剖視示意圖。應注意的是，本實施例中的影像感測裝置100可包括與第3圖所示的影像感測裝置100相同或相似的元件、部分或層。此些元件、部分或層被標記為相同或相似的數字，且將不再詳細地說明。 本實施例與第3圖所示的實施例之間的不同之處在於：在第一小面132A和第二小面132B之間形成了圓弧結構134。 可基於入射光R的主光角來調整圓弧結構134的曲率半徑r。在一些實施例中，圓弧結構134的曲率半徑r可不小於約50nm，但不大於寬度W。
第7圖繪示根據本揭露其他一些實施例之沿第2圖所示的線A-A的剖視示意圖。應注意的是，本實施例中的影像感測裝置100可包括與第3圖所示的影像感測裝置100相同或相似的元件、部分或層。此些元件、部分或層被標記為相同或相似的數字，且將不再詳細地說明。本實施例與第3圖所示的實施例之間的不同之處在於：第二角度β為90度，第二面132B垂直於參考平面M。在本實施例中，第一角度α可介於約0.5度至約50度的範圍內，例如為1度、5度、10度、20度、30度、40度等。 高度h（與第二面132B在Z軸上的長度相同）介於約0.3μm到約350μm的範圍內，例如3μm、30μm、300μm等。
第8圖繪示根據本揭露一些實施例之晶片區域200的俯視示意圖。晶片區域200包括晶片中心C和晶片邊緣201。繪示出穿過晶片中心C的線B-B。第9A至9D圖繪示根據本揭露一些實施例之沿第8圖所示的線B-B的剖視示意圖。應注意的是，在以下實施例中所示的晶片區域200可包括與第3圖中所示的影像感測裝置100相同或相似的元件、部分或層。此些元件、部分或層被標記為相似的數字，且將不再詳細地說明。舉例而言，晶片區域200包括彩色濾光件210和形成在彩色濾光件210上的微透鏡220。第一光學層230形成在微透鏡220上。另外，第二光學層240形成在第一光學層230上，且在第二光學層240上形成抗反射層250。
如第9A圖所示，第一光學層230包括彼此連接的多個V形結構，其中在整個晶片區域200上，間距P和V形結構的高度h1是一致的。如第9B圖所示，第一光學層230的V形結構的高度h1在整個晶片區域200上是一致的，而V形結構的間距P在整個晶片區域200上則有所變化。
如第9C圖所示，第一光學層230的V形結構的高度h1從晶片邊緣201到晶片中心C逐漸降低，且V形結構的間距P仍在整個晶片區域200上變化。如第9D圖所示，在晶片中心C的周圍形成平面區域234。更具體而言，在接近晶片中心C之處不具有形成V形結構，且水平面232形成在第一光學層230的頂部上。應理解的是，可根據入射光的主光角來採用第一光學層230的此些不同配置。
第10A至10C圖繪示根據本揭露一些實施例之影像感測裝置的俯視示意圖。如第10A圖所示，影像感測裝置300A包括第一光學層330，其中第一光學層330的頂點331沿X軸延伸。亦即，第一光學層330的V形結構平行於X軸排列。如第10B圖所示，在影像感測裝置300B中，第一光學層330的頂點331沿Y軸延伸，且第一光學層330的V形結構平行於Y軸排列。
在一些實施例中，如第10C圖所示，影像感測裝置300C包括交替堆疊的複數個第一光學層330和複數個第二光學層（在本實施例中未繪示）。更具體而言，第二光學層的其中一者形成在第一光學層330之間，且第二光學層中的另一者形成在第一光學層的其中一者和抗反射層之間（在本實施例中未繪示）。第一光學層330的其中一者的頂點331沿著X軸延伸，且第一光學層330的另一者的頂點331沿著Y軸延伸。應理解的是，可根據需求採用第一光學層330的此些不同配置。
綜上所述，本揭露實施例提供一種包括形成於微透鏡上的多重光學層的影像感測裝置。在第一光學層和第二光學層之間形成傾斜界面或V形結構，可有助於降低入射光（例如來自電子裝置的模組透鏡）的主光角，藉此感測器可更有效率地接收入射光，進而提高感測器的靈敏度。
雖然本揭露的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本揭露之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本揭露揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本揭露使用。因此，本揭露之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，且各實施例間特徵只要不違背創作精神或相互衝突，均可任意混合搭配使用。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本揭露之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。
100、100A、100B、100C:影像感測裝置
105:光電轉換層
110:彩色濾光件
120:微透鏡
125:V形多層
130:第一光學層
131:頂點
132A:第一面
132B:第二面
133:水平面
134:圓弧結構
140:第二光學層
150:抗反射層
160:粒子
200:晶片區域
201:晶片邊緣
210:彩色濾光件
220:微透鏡
230:第一光學層
232:水平面
234:平面區域
240:第二光學層
250:抗反射層
300A、300B、300C:影像感測裝置
330:第一光學層
331:頂點
A-A、B-B:線
α:第一角度
β:第二角度
C:晶片中心
CRA:主光角
D、W:寬度
h、h1、h2:高度
M:參考平面
P:節距
R:入射光
r:曲率半徑
本案揭露之各面向可由以下之詳細說明並配合所附圖式來完整了解。應注意的是，依據在業界的標準做法，各種特徵並未按照比例繪製且僅用以說明例示。事實上，可能任意地放大或縮小元件的尺寸，以清楚地表現出本揭露的特徵。
第1A至1C圖繪示根據本揭露一些實施例之影像感測裝置的示意圖。
第2圖繪示根據本揭露一些實施例之影像感測裝置的俯視示意圖。
第3圖繪示根據本揭露一些實施例之沿第2圖所示的線A-A的剖視示意圖。
第4圖繪示根據本揭露其他一些實施例之沿第2圖所示的線A-A的剖視示意圖。
第5圖繪示根據本揭露其他一些實施例之沿第2圖所示的線A-A的剖視示意圖。
第6圖繪示根據本揭露其他一些實施例之沿第2圖所示的線A-A的剖視示意圖。
第7圖繪示根據本揭露其他一些實施例之沿第2圖所示的線A-A的剖視示意圖。
第8圖繪示根據本揭露一些實施例之感測器晶片的俯視示意圖。
第9A至9D圖繪示根據本揭露一些實施例之沿第8圖所示的線B-B的剖視示意圖。
第10A至10C圖繪示根據本揭露一些實施例之影像感測裝置的俯視示意圖。
105:光電轉換層
110:彩色濾光件
120:微透鏡
130:第一光學層
131:頂點
132A:第一面
132B:第二面
140:第二光學層
150:抗反射層
α:第一角度
β:第二角度
CRA:主光角
D:寬度
h1:高度
M:參考平面
P:節距
R:入射光
Claims (15)
- 一種影像感測裝置，包括：一光電轉換層；一微透鏡，形成於該光電轉換層上；一第一光學層，形成於該微透鏡上；一第二光學層，形成於該第一光學層上，其中一界面形成於該第一光學層和該第二光學層之間，且該界面包括傾斜的直面；以及一抗反射層，形成於該第二光學層上。
- 如請求項1之影像感測裝置，其中該第一光學層的一折射率與該第二光學層的一折射率不同，該第二光學層的該折射率介於1.3至2.5的範圍內，該第一光學層的該折射率小於該第二光學層的該折射率，且該第一光學層的該折射率不小於1。
- 如請求項1之影像感測裝置，其中該抗反射層的一折射率與該第二光學層的一折射率不同，且該影像感測裝置更包括一彩色濾光件，設置於該微透鏡下方。
- 如請求項1之影像感測裝置，其中該第一光學層和該第二光學層之間的該界面呈V形。
- 一種影像感測裝置，包括：一光電轉換層；一微透鏡，形成於該光電轉換層上；複數個第一光學層，形成於該微透鏡上；以及複數個第二光學層，形成於該等第一光學層的其中一者上，其中該等第二光學層的其中一者形成於該等第一光學層之間；以及一抗反射層，形成於該等第二光學層的另一者上，其中該等第 二光學層的該另一者形成於該等第一光學層的另一者與該抗反射層之間。
- 如請求項1之影像感測裝置，其中從該微透鏡的一頂部至該第一光學層的一頂點的一高度介於該微透鏡的一寬度的0.1倍至300倍之間，且該頂點是圍繞該影像感測裝置的一中心同心地排列。
- 如請求項1之影像感測裝置，其中從該微透鏡的一頂部至該第一光學層的一頂點的一高度介於該微透鏡的一寬度的0.1倍至300倍之間，且該頂點是沿一水平方向或沿一垂直方向排列。
- 如請求項1之影像感測裝置，其中該第一光學層包括一第一面和與該第一面相交的一第二面，該第一面的一斜率與該第二面的一斜率不同。
- 如請求項8之影像感測裝置，其中該第一面和一參考平面之間形成一第一角度，該第二面和該參考平面之間形成一第二角度，且該第一角度與該第二角度不同，其中該第一角度從一晶片邊緣至一晶片中心逐漸增加。
- 如請求項8之影像感測裝置，其中該第一面和一參考平面之間形成一第一角度，該第二面和該參考平面之間形成一第二角度，且該第一角度與該第二角度不同，其中該第二角度從一晶片中心至一晶片邊緣逐漸降低。
- 如請求項8之影像感測裝置，其中一水平面形成於該第一面和該第二面之間。
- 如請求項8之影像感測裝置，其中一圓弧結構形 成於該第一面和該第二面之間。
- 如請求項8之影像感測裝置，其中一節距是定義為該第一面和該第二面於一水平方向延伸的長度，且該節距在一晶片區域的各處不同。
- 如請求項1之影像感測裝置，其中該第一光學層更具有一平面區域，形成以圍繞一晶片中心。
- 如請求項1之影像感測裝置，更包括複數個粒子，摻雜於該第一光學層中，其中該等粒子的一折射率小於該第一光學層的一折射率。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/071,673 US20220123037A1 (en) | 2020-10-15 | 2020-10-15 | Image sensing device |
| US17/071,673 | 2020-10-15 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI756046B true TWI756046B (zh) | 2022-02-21 |
| TW202217371A TW202217371A (zh) | 2022-05-01 |
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|---|---|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117374095A (zh) * | 2023-12-08 | 2024-01-09 | 湖北江城芯片中试服务有限公司 | 一种图像传感器及其制备方法 |
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| TW201919222A (zh) * | 2017-10-31 | 2019-05-16 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 半導體影像感測器 |
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2020
- 2020-10-15 US US17/071,673 patent/US20220123037A1/en active Pending
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2021
- 2021-02-03 TW TW110104019A patent/TWI756046B/zh active
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW202217371A (zh) | 2022-05-01 |
| US20220123037A1 (en) | 2022-04-21 |
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