TWI815118B - 具有減少雜散光的主動像素元件構裝及製造其塗層的方法 - Google Patents

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Abstract

一種具有減少雜散光的主動像素元件構裝及製造用於主動像素元件構裝的減少雜散光的塗層的方法係被提供。主動像素元件構裝包括：主動像素元件，其包括半導體基板和主動像素的陣列；透光基板，其設置在主動像素元件的光接收側上；以及粗糙的不透明塗層，其設置在透光基板的第一表面上並形成與主動像素的陣列對準的孔，其中粗糙的不透明塗層是粗糙的，以便抑制從至少一側入射在其上的光的反射。上述方法包括：在透光基板上沉積不透明塗層，使得不透明塗層形成透光孔；並且使不透明塗層粗糙化以形成粗糙的不透明塗層，所述粗糙化包括用鹼性溶液處理不透明塗層。

Description

具有減少雜散光的主動像素元件構裝及製造其塗層的方法
本發明有關於一種具有減少雜散光的主動像素元件構裝，以及製造用於主動像素元件構裝的減少雜散光的塗層的方法。
主動像素元件包含在基板中及/或基板上形成的像素的陣列。主動像素元件的示例包括矽上液晶(LCOS)和互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器。在主動像素元件中，確保到達各個像素的光只能從預期位置沿著期望的幾何路徑行進是有益的。通過其他路徑進入主動像素元件並到達像素的光被稱為雜散光。雜散光可能會損害主動像素元件的靈敏度和空間解析度，因為雜散光會導致雜訊而不是預期信號。因此，主動像素元件經常使用掩模或塗層來創建孔並限制光到達主動像素的陣列的直接路徑。在一些常規的主動像素元件中，這些減少雜散光的努力採取定位在主動像素的陣列上方的覆蓋玻璃的一側上的塗層的形式。在覆蓋玻璃的頂面和底側上已經採用了掩模和塗層，以形成減小主動像素元件的接收角並因此減少雜散光信號的孔。
常規的主動像素元件構裝中使用的掩模和塗層旨在阻擋光透射，但是通常不吸收光。在一些情況下，光可以從這些掩模/塗層反射並繼續在組件中傳播。主動像素元件構裝中的蓋玻片及/或任何聚焦光學器件常常具有可以反射入射光的拋光表面。因此，由掩模/塗層反射的光可以直接傳播到主動像素，或經由從其他表面的一個或多個附加反射間接傳播到主動像素。因此，即使在存在旨在防止雜散光的孔和側壁掩模的情況下，這種反射光也可以到達主動像素並導致雜散光信號。
本發明通過用低反射率的粗糙表面塗層代替常規的掩模和孔來改善這個問題。這些粗糙的塗層被設計為具有微觀粗糙度，該微觀粗糙度至少部分地吸收入射光並防止入射光稍後到達主動像素。當設置在蓋玻片上時，粗糙的塗層可以被構造為衰減入射在蓋玻片外側的入射光的反射。可替代地或與其組合，粗糙的塗層可以被構造為減少在蓋玻片內部行進的光的反射，否則該光將在蓋玻片表面處經歷內反射以繼續傳播並潛在地到達主動像素的陣列。
本發明提供一種具有減少雜散光的主動像素元件構裝，以及製造用於主動像素元件構裝的減少雜散光的塗層的方法。
在一觀點之中，具有減少雜散光的主動像素元件構裝包括主動像素元件、透光基板和粗糙的不透明塗層。主動像素元件包括半導體基板和主動像素的陣列。透光基板設置在主動像素元件的光接收側。粗糙的不透明塗層設置在透光基板的第一表面上並形成與主動像素的陣列對準的孔。粗糙的不透明塗層 是粗糙的，以便抑制從至少一側入射在其上的光的反射。
在一實施例中，透光基板的第一表面背對主動像素元件，粗糙的不透明塗層具有面對透光基板的介面側和背對透光基板的外側，粗糙的不透明塗層在其外側上是粗糙的，以便抑制在該孔的外部朝著主動像素元件的光接收側傳播的光的反射。
在一實施例中，粗糙的不透明塗層在其介面側上也是粗糙的，以便抑制從所述透光基板入射到粗糙的不透明塗層上的光的反射。
在一實施例中，透光基板的第一表面面對主動像素元件，粗糙的不透明塗層具有面對透光基板的介面側和背對透光基板的外側，粗糙的不透明塗層在其介面側上是粗糙的，以便抑制從透光基板入射在粗糙的不透明塗層上的光的反射。
在一實施例中，粗糙的不透明塗層在其外側上也是粗糙的，以便抑制入射在其上的光的反射。
在一實施例中，透光基板具有基本上垂直於透光基板的第一表面的多個側面，粗糙的不透明塗層還設置在透光基板的該多個側面上並形成對光的屏障。
在一實施例中，粗糙的不透明塗層具有面對透光基板的介面側和背對透光基板的外側，粗糙的不透明塗層在其介面側上是粗糙的，以便抑制從透光基板入射在粗糙的不透明塗層上的光的反射。
在一實施例中，粗糙的不透明塗層的至少一側具有以0.1微米至1微米範圍內的算術平均值為特徵的表面粗糙度。
在一實施例中，粗糙的不透明塗層的至少一側以反射係數小於0.6%為特徵。
在一實施例中，粗糙的不透明塗層具有至少為0.15微米的厚度。
在一實施例中，主動像素元件選自互補金屬氧化物半導體影像感測器和矽上液晶元件。
在另一觀點之中，一種用於製造用於主動像素元件構裝的減少雜散光的塗層的方法包括：(a)在透光基板上沉積不透明塗層，使得不透明塗層形成透光孔，以及(b)使不透明塗層粗糙化以形成粗糙的不透明塗層。粗糙化包括用鹼性溶液處理不透明塗層。
在一實施例中，處理不透明塗層還包括烘烤以加速該粗糙化。
在一實施例中，沉積該不透明塗層的步驟包括將不透明塗層直接沉積在透光基板上。
在一實施例中，上述方法更包括在沉積不透明塗層的步驟之前，在透光基板上沉積透光塗層：其中，(a)沉積不透明塗層的步驟包括將不透明塗層沉積在透光塗層上，不透明塗層的介面表面面對透光塗層並且不透明塗層的外表面背對透光塗層，並且(b)使不透明塗層粗糙化的步驟包括使透光塗層與不透明塗層一起粗糙化，使得不透明塗層在介面表面和外表面上都被粗糙化。
在一實施例中，上述方法更包括在沉積該不透明塗層的步驟之前：在透光基板上沉積透光塗層；並且使透光塗層粗糙化，以形成具有背對透光基板的粗糙表面的粗糙的透光塗層；其中(a)沉積不透明塗層的步驟包括將不透明塗層沉積在粗糙的透光塗層上，不透明塗層的介面表面面對粗糙的透光塗層並且不透明塗層的外表面背對粗糙的透光塗層，並且使得不透明塗層的介面表面由於它沉積在其上的粗糙的透光塗層的粗糙度而是粗糙的，並且(b)使不透明塗層粗糙化的步驟包括使不透明塗層的外表面粗糙化。
在一實施例中，透光塗層包括選自乙烯單體、丙烯酸單體和環氧單體的材料，並且透光塗層包含粒徑在0.5微米至5微米之間的二氧化矽粉末。
在一實施例中，透光塗層還包括光敏化合物，該沉積透光塗層還包括用UV光曝光對透光塗層進行圖案化。
在一實施例中，不透明塗層包括選自乙烯單體、丙烯酸單體和環氧單體的材料，不透明塗層包括炭黑顏料或染料。
在一實施例中，不透明塗層包括光敏化合物，該沉積所述不透明塗層還包括用UV光曝光對該不透明材料進行圖案化。
100,400,800:主動像素元件構裝
110:主動像素元件
111:主動像素
112:半導體基板
115:光接收側
120,1220:透光基板
122:頂表面
150,250,350,450,550,650,850,950,1050,1250,1450,1550:粗糙的不透明塗層
170,470,1270:孔
180:右手坐標系
185:光軸
190(1),190(2),190(3),190(5),190(6),190(8),190(9),190(10),190(12),190(13),190(15),190(16),190(17),190(18),190(20),190(21),190(23):入射光
190(4),190(7),190(11),190(14),190(19),190(22):反射光
251,351,551,651,951,1051,1541:介面側
252,352,552,652,952,1052,1542:外側
423:底表面
700:圖
724A,724B,724C,724D:側面
1100:方法
1110:在透光基板上沉積透光塗層
1111:用UV光對透光塗層進行圖案化
1115:使透光塗層粗糙化
1120:在透光基板上沉積不透明塗層使得不透明塗層形成透光孔
1121:用UV光對不透明塗層進行圖案化
1125:使不透明塗層粗糙化以形成粗糙的不透明塗層
1126:用鹼性溶液處理不透明塗層
1127:使透光塗層和不透明塗層粗糙化
1128:烘烤
1240,1440,1540:不透明塗層
1430:透光塗層
1451:介面表面
1152:外表面
1453,1553:粗糙的介面表面
1454,1554,1561:粗糙的外表面
1560:粗糙的透光塗層
〔圖1A和1B〕圖示了根據實施例的主動像素元件構裝，該主動像素元件構裝包括用於減少雜散光的粗糙的不透明塗層。
〔圖2〕圖示了根據實施例的設置在透光基板的頂表面上的單側粗糙的不透明塗層。
〔圖3〕圖示了根據實施例的設置在透光基板的頂表面上的雙側粗糙的不透明塗層。
〔圖4A和4B〕圖示了根據實施例的另一種主動像素元件構裝，該主動像素元件構裝包括用於減少雜散光的粗糙的不透明塗層。
〔圖5〕圖示了根據實施例的設置在透光基板的底表面上的單側粗糙的不透明塗層。
〔圖6〕圖示了根據實施例的設置在透光基板的底表面上的雙側粗糙的不透明塗層。
〔圖7〕示出了根據實施例的指示透光基板的頂表面、底表面和多個側表面的圖。
〔圖8A和8B〕圖示了根據實施例的主動像素元件構裝，出於減少雜散光的目的，該主動像素元件構裝包括在透光基板的頂表面以及一個或多個側面上的粗糙的塗層。
〔圖9〕圖示了設置在透光基板的側面上的單側粗糙的不透明塗層。
〔圖10〕圖示了設置在透光基板的側面上的雙側粗糙的不透明塗層。
〔圖11〕圖示了用於製造用於主動像素元件構裝的減少雜散光的塗層的方法。
〔圖12和13〕圖示了圖11的方法的一個示例。
〔圖14〕圖示了形成雙側粗糙的不透明塗層的圖11的方法的實施例的一個示例。
〔圖15〕圖示了形成雙側粗糙的不透明塗層的圖11的方法的實施例的另一個示例。
圖1A和1B圖示了一種主動像素元件構裝100，該主動像素元件構裝包括用於減少雜散光的粗糙的不透明塗層150。圖1A是主動像素元件構裝100的橫截面側視圖。圖1B是主動像素元件構裝100的透視圖。圖1A和1B中的每一個還指示右手坐標系180。在下文中，“X軸”、“Y軸”和“Z軸”是指坐標系180的X、Y和Z軸。在以下描述中，最好將圖1A和1B一起查看。
主動像素元件構裝100包括主動像素元件110、透光基板120和粗糙的不透明塗層150。主動像素元件110包括半導體基板112和在半導體基板112中及/或半導體基板112上形成的主動像素111的陣列。在一類實施例中，主動像素元件110是矽上液晶(LCOS)元件，並且主動像素111的陣列是液晶的陣列。在另一類實施例中，主動像素元件110是互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器，並且主動像素111的陣列是光敏像素的陣列。透光基板120設置在主動像素元件110的光接收側115上。透光基板120可以是被構造為物理地保護主動像素111的陣列的蓋玻片。粗糙的不透明塗層150設置在透光基板120的頂表面122上，該頂表面122背對主動像素元件110。粗糙的不透明塗層150形成與主動像素111 的陣列對準的孔170。孔170允許光朝著或遠離主動像素111的有源陣列穿過透光基板120。粗糙的不透明塗層150至少部分地阻擋入射在孔170外部的粗糙的不透明塗層150上的入射光190(1)到達主動像素111的陣列。粗糙的不透明塗層150具有粗糙的表面，使得粗糙的不透明塗層150不僅阻擋入射光190(1)，而且還減少(或消除)入射在其上的光190(1)的反射。粗糙的不透明塗層150可以通過吸收光190(1)的全部或部分來抑制光190(1)的反射。
入射光190(2)平行於光軸185進入，光軸185平行於Z軸。主動像素元件110的光接收側115垂直於光軸185並且平行於包括X軸和Y軸的平面。在不脫離本發明的範圍的情況下，孔170可以具有比主動像素111的陣列更小或更大的範圍。
圖2圖示了設置在透光基板120的頂表面122上的一種單側粗糙的不透明塗層250。單側粗糙的不透明塗層250是粗糙的不透明塗層150的實施例。粗糙的不透明塗層250包括面對透光基板120的介面側251和背對透光基板120的外側252。粗糙的不透明塗層250在外側252上是粗糙的，以至少部分地防止入射光190(3)從粗糙的不透明塗層250的外側252反射190(4)。至少部分地抑制反射光190(4)是有利的，因為它可以從其他表面(例如，耦合到主動像素元件構裝100的聚焦光學器件的表面)反射並到達主動像素111的陣列，從而導致雜散光信號，這降低了主動像素元件110的解析度和靈敏度。如以上針對粗糙的不透明塗層150所述，粗糙的不透明塗層250至少部分地阻擋入射光190(3)進入透光基板120，否則它可以在190(5)上繼續到主動像素111的陣列並導致不想要的信號。由於光 190(3)入射在孔170(圖1A和1B中示出)的外部，因此它不在主動像素元件110的期望光路內。
單側粗糙的不透明塗層250的材料特性可以類似於粗糙的不透明塗層150的材料特性。
圖3圖示了設置在透光基板120的頂表面122上的一種雙側粗糙的不透明塗層350。雙側粗糙的不透明塗層350是粗糙的不透明塗層150的實施例。粗糙的不透明塗層350包括面對透光基板120的介面側351和背對透光基板120的外側352。粗糙的不透明塗層350在外側352上是粗糙的，其原因類似于上面針對單側粗糙的不透明塗層250所討論的原因。粗糙的不透明塗層350在介面側351上也是粗糙的，以至少部分地防止入射光190(6)從粗糙的不透明塗層350的介面側351反射190(7)。至少部分地抑制反射光190(7)是有利的，因為它可以繼續傳播並到達主動像素111的陣列，從而導致雜散光信號，這降低了主動像素元件110的解析度和靈敏度。入射光190(6)可以源自主動像素111，或源自通過孔170到達主動像素元件110之後由主動像素元件110的光接收側115反射的光。粗糙的不透明塗層350還阻擋入射光190(6)離開透光基板120，在那裡它可以繼續在190(8)上以潛在地從主動像素元件構裝100內的其他表面反射以到達主動像素111的陣列並導致不想要的信號。
雙側粗糙的不透明塗層350的材料特性可以類似於粗糙的不透明塗層150的材料特性。
圖4A和4B圖示了包括用於減少雜散光的粗糙的不透明塗層450的另一種主動像素元件構裝400。圖4A是主動像素元件構裝100的橫截面側視圖。圖4B是主動像素元件構裝100的透視圖。圖4A和4B的每一個還指示右手坐標系180。在下面的描述中，最好將圖4A和4B一起查看。
主動像素元件構裝400是主動像素元件構裝100的修改，其中設置在透光基板120的頂表面122上的粗糙的不透明塗層150被設置在透光基板120的底表面423上的粗糙的不透明塗層450代替。透光基板120的底表面423面對主動像素元件110。粗糙的不透明塗層450形成與主動像素111的陣列對準的孔470。孔470允許光朝著或遠離主動像素111的有源陣列穿過透光基板120。粗糙的不透明塗層450至少部分地阻擋入射在孔470外部的粗糙的不透明塗層450上的入射光190(9)到達主動像素111的陣列。粗糙的不透明塗層450具有粗糙的表面，使得粗糙的不透明塗層450不僅阻擋入射光190(9)，而且還減少(或消除)入射在其上的光190(9)的反射。粗糙的不透明塗層450可以通過吸收光190(9)的全部或部分來抑制光190(9)的反射。在不脫離其範圍的情況下，孔470可以具有比主動像素111的陣列更小或更大的範圍。
粗糙的不透明塗層450的材料特性可以類似於粗糙的不透明塗層150的材料特性。
圖5圖示了設置在透光基板120的底表面423上的一種單側粗糙的 不透明塗層550。單側粗糙的不透明塗層550是粗糙的不透明塗層450的實施例。粗糙的不透明塗層550包括面對透光基板120的介面側551和背對透光基板120的外側552。粗糙的不透明塗層550在介面側551上是粗糙的，以至少部分地防止入射光190(10)從粗糙的不透明塗層550的介面側551反射190(11)。至少部分地抑制反射光190(11)是有利的，因為其可以從後續表面反射並到達主動像素111的陣列，從而導致雜散光信號，這降低了主動像素元件110的解析度和靈敏度。如以上針對粗糙的不透明塗層450所述，粗糙的不透明塗層550至少部分地阻擋入射光190(10)在底表面423處離開透光基板120，在那裡它可以在190(12)上繼續到主動像素111的陣列並導致不想要的信號。由於光190(10)入射在孔470(在圖4A和4B中示出)的外部，因此它不在主動像素元件110的期望光路內。
單側粗糙的不透明塗層550的材料特性可以類似於粗糙的不透明塗層150的材料特性。
圖6圖示了設置在透光基板120的底表面423上的一種雙側粗糙的不透明塗層650。雙側粗糙的不透明塗層650是粗糙的不透明塗層450的實施例。粗糙的不透明塗層650包括面對透光基板120的介面側651和背對透光基板120的外側652。粗糙的不透明塗層650在介面側651上是粗糙的，其原因類似于上面針對單側粗糙的不透明塗層550所討論的原因。粗糙的不透明塗層650在外側652上也是粗糙的，以至少部分地防止入射光190(13)從粗糙的不透明塗層650的外側652反射190(14)。至少部分地抑制反射光190(14)是有利的，因為它可以繼續傳播並到達主動像素111的陣列，從而導致雜散光信號，這降低了主動像素元件110的 解析度和靈敏度。入射光190(13)的來源可以類似於以上參考圖3討論的入射光190(6)的來源。粗糙的不透明塗層650還阻擋入射光190(13)進入透光基板120，在那裡它可以在190(15)上繼續以潛在地從主動像素元件構裝100內的其他表面反射以到達主動像素111的陣列並導致不想要的信號。
雙側粗糙的不透明塗層650的材料特性可以類似於粗糙的不透明塗層150的材料特性。
圖7是包括主動像素元件構裝100的透光基板120和主動像素元件110的透視圖以及透光基板120和對應的右手坐標系180的圖700。頂表面122背對主動像素元件110，而底表面423面對主動像素元件110。在圖7中還示出透光基板120具有基本上垂直於頂表面122的多個側面724。在實施例中，透光基板120的多個側面724包含四個單獨的側面724A、724B、724C和724D，如圖7中所示。
圖8A和8B圖示了一種主動像素元件構裝800，出於減少雜散光的目的，該主動像素元件構裝800在透光表面120的頂表面122上以及一個或多個側面上包括粗糙塗層。圖8A是主動像素元件構裝800的橫截面側視圖。圖8B是主動像素元件構裝800的透視圖。圖8A和8B中的每一個還指示右手坐標系180。在下面的描述中，最好將圖8A和8B一起查看。
所示的主動像素元件構裝800是主動像素元件構裝100的擴展，以不僅包括粗糙的不透明塗層150，而且還包括在透光基板120的一個或多個側面 上的粗糙的不透明塗層850。在圖8A和8B所示的實施例中，粗糙的不透明塗層850設置在透光基板120的多個側面724上。在實施例中，每個側面724基本平行於主動像素元件110的光軸185(在圖1A和1B中示出)。粗糙的不透明塗層850至少部分地防止入射在其上的光190(16)和光190(17)到達主動像素111的陣列。粗糙的不透明塗層850具有粗糙的表面，使得粗糙的不透明塗層850不僅阻擋入射光190(16)，而且還減少(或消除)入射在其上的光190(17)的反射。粗糙的不透明塗層850可以通過吸收光190(17)的全部或部分來抑制光190(17)的反射。
粗糙的不透明塗層850的材料特性可以類似於不透明粗糙塗層150的材料特性。
圖9圖示了設置在透光基板120的側面724D上的一種單側粗糙的不透明塗層950。粗糙的不透明塗層950是粗糙的不透明塗層850的實施例，並且可以設置在主動像素元件構裝800中的側面724中的任何一個上。粗糙的不透明塗層950包括面對透光基板120的介面側951和背對透光基板120的外側952。粗糙的不透明塗層950在介面側951上是粗糙的，以至少部分地防止入射光190(18)從粗糙的不透明塗層950的介面側951反射190(19)。至少部分地抑制反射光190(19)是有利的，因為它可以從後續表面反射並到達主動像素111的陣列，從而導致雜散光信號，這降低了主動像素元件110的解析度和靈敏度。粗糙的不透明塗層950至少部分地阻擋光經由側面724D進入透光基板120，並且還至少部分地阻擋入射光190(18)離開透光基板120，在那裡它可以在190(20)上繼續以潛在地從主動像素元件構裝100中的其他表面反射以到達主動像素111的陣列並導致不想要的信 號。
單側粗糙的不透明塗層950的材料特性可以類似於粗糙的不透明塗層150的材料特性。
圖10圖示了設置在透光基板120的側面724D上的一種雙側粗糙的不透明塗層1050。粗糙的不透明塗層1050是粗糙的不透明塗層850的實施例，並且可以設置在主動像素元件構裝800中的側面724中的任何一個上。粗糙的不透明塗層1050包括面對透光基板120的介面側1051和背對透光基板120的外側1052。粗糙的不透明塗層1050在介面側1051上是粗糙的，其原因類似于上面針對單側粗糙的不透明塗層950所討論的原因。粗糙的不透明塗層1050在外側1052上也是粗糙的，以至少部分地防止入射光190(21)從粗糙的不透明塗層1050的外側1052反射190(22)。至少部分地抑制反射光190(22)是有利的，因為它可以繼續潛在地從其他表面反射並到達主動像素111的陣列，從而導致雜散光信號，這降低了主動像素元件110的解析度和靈敏度。如上所述，粗糙的不透明塗層1050還阻擋入射光190(21)進入透光基板120，在那裡它可以在190(23)上繼續到主動像素111的陣列並導致不想要的信號。由於光190(21)入射在孔170(在圖1A和1B中示出)的外部，因此它不在主動像素元件110的期望光路內。
雙側粗糙的不透明塗層1050的材料特性可以類似於粗糙的不透明塗層150的材料特性。
圖11圖示了一種用於製造用於主動像素元件構裝的減少雜散光的塗層的方法1100。方法1100可以被用於製造粗糙的不透明塗層150、250、350、450、550、650、850、950和1050。方法1100包括步驟1120和1125。步驟1120在透光基板上沉積不透明塗層，使得不透明塗層形成透光孔。步驟1125在步驟1120之後執行，並且使不透明塗層粗糙化以形成粗糙的不透明塗層。步驟1125的粗糙化包括用鹼性溶液處理不透明塗層的步驟1126。
圖12和13圖示了方法1100的一個示例。在這個示例中，在步驟1120中，將不透明塗層1240沉積在透光基板1220上以形成孔1270。接下來，在步驟1125中使不透明塗層1240粗糙化，以形成粗糙的不透明塗層1250。具有粗糙的不透明塗層1250的透光基板1220可以在上面討論的主動像素元件構裝100、400和800中的任何一個中實現。雖然在圖11、12和13中未示出，但是在步驟1120中沉積並在步驟1125中粗糙化的塗層可以沿著透光基板1220的側面延伸，以進一步形成圖8中所示的粗糙的不透明塗層850的示例。
再次參考圖11，步驟1126使不透明塗層1240的表面變得微觀上粗糙。這種粗糙的表面降低了在步驟1120中沉積的不透明塗層的反射率，同時維持其不透明性質。在實施例中，步驟1126的鹼性溶液選自氫氧化四甲基銨(TMAH)、氫氧化鉀、二甲苯和氨。在一實施例中，在步驟1120中沉積的不透明塗層(例如，不透明塗層1240)包括單體，並且在用鹼性溶液處理的步驟1126期間，單體基團聚集以形成無序的粗糙表面(例如，粗糙的不透明塗層1250)。這種微觀上無序的表面減少了直接反射，同時也增加了用於多次反射的表面積， 並增加了粗糙的不透明塗層吸收光的機會。
在實施例中，用鹼性溶液處理不透明塗層的步驟1126包括烘烤至升高的溫度以加速步驟1125中的粗糙化過程的步驟1128。所得的粗糙的不透明塗層(例如，粗糙的不透明塗層1250)可以具有(a)在0.1微米至1微米範圍內的以算術平均高度(Sa)描述的表面粗糙度，(b)小於0.6%(對於可見光)的反射率，及/或(c)至少0.15微米(150nm)的厚度。在一個實施例中，粗糙的不透明塗層的厚度至少是測得的Sa的1.5倍。例如，粗糙的不透明塗層的厚度可以為至少0.75微米，以實現Sa=0.5微米或更大。
在實施例中，步驟1120包括用UV光對不透明塗層進行圖案化的步驟1121。在這個實施例中，在步驟1120中沉積的不透明塗層包括用於用UV光進行圖案化的光敏化合物。例如，不透明塗層可以包括一種或多種選自乙烯單體、丙烯酸單體和環氧單體的單體。更一般地，不透明塗層可以包括炭黑顏料或染料中的一種或兩種。在步驟1120的實施例中，沉積不透明塗層，其厚度在至少0.7微米，以確保在使不透明塗層粗糙化以形成粗糙的不透明塗層的步驟1125中形成的粗糙的不透明塗層足夠厚以防止形成可以傳播光的洞。
在某些實施例中，方法1100適於形成粗糙的不透明塗層，使得其在背對透光基板的一側和面對透光基板的一側都是粗糙的。方法1100的此類實施例還包括在步驟1120之前執行的在透光基板上沉積透光塗層的步驟1110，使得步驟1120在透光塗層的頂部沉積不透明塗層，不透明塗層的介面表面面對透 光塗層並且不透明塗層的外表面背對透光塗層。在一個這樣的實施例中，步驟1126包括使透光塗層粗糙化的步驟1127，使得在步驟1125中使透光塗層和不透明塗層一起粗糙化。圖14示出了這個實施例的一個示例。在另一個實施例中，在沉積不透明塗層的步驟1120之前，在步驟1115中使透光塗層粗糙化。圖15示出了這個實施例的一個示例。透光塗層可以包含粒徑在0.5微米至5微米之間的二氧化矽粉末。
首先參考圖14的示例，步驟1110在透光基板1220上沉積透光塗層1430。透光塗層1430形成孔，該孔在步驟1120完成之後與透光孔1270重合。接下來，步驟1120將不透明塗層1440沉積在透光塗層1430上。在這個示例中，不透明塗層1440具有面對透光塗層1430的介面表面1451和背對透光塗層1430的外表面1452。然後，包括步驟1127的步驟1125使透光塗層1430和不透明塗層1440粗糙化。這產生了具有粗糙的介面表面1453和粗糙的外表面1454的粗糙的不透明塗層1450。粗糙的不透明塗層1450至少部分地減少入射在粗糙的外表面1454和粗糙的介面表面1453上的光的反射。如圖2、3、5、6、9和10中所示，這兩個粗糙表面使光延遲，並且粗糙的不透明塗層1450形成粗糙的不透明塗層350、650和1050中的任何一個的示例。
再次參考圖11，在實施例中，步驟1110包括用UV光對透光塗層進行圖案化的步驟1111。透光塗層可以包括用於用UV光對透光塗層1130進行圖案化的光敏化合物。在示例中，透光塗層可以包括一種或多種選自乙烯單體、丙烯酸單體和環氧單體的單體。在一實施例中，透光塗層包括粒徑在0.5微米至5微米 範圍內的二氧化矽(SiO2)粉末。在一實施例中，以0.7微米至10微米之間的厚度沉積透光塗層。
現在參考圖15的示例，步驟1110如上面參考圖14所述在透光基板1220上沉積透光塗層1430。接下來，步驟1115形成粗糙的透光塗層1560，其具有背對透光基板1220的粗糙的外表面1561。粗糙化的步驟1115可以利用與步驟1125類似的過程。接下來，步驟1120將不透明塗層1540沉積在粗糙的透光塗層1560上。在這個示例中，不透明塗層1540具有面對粗糙的透光塗層1560的介面側1541和背對粗糙的透光塗層1560的外側1542。由於它接觸在其上的粗糙的透光塗層1560的粗糙性質，介面側1541是粗糙的。然後，步驟1125使不透明塗層1540粗糙化，這產生了粗糙的不透明塗層1550，其具有粗糙的介面側1553和粗糙的外側1554兩者。粗糙的不透明塗層1550至少部分地減少入射在粗糙的外側1554和粗糙的介面側1553上的光的反射。如圖2、3、5、6、9和10中所示，這兩個粗糙表面使光延遲，並且粗糙的不透明塗層形成粗糙的不透明塗層350、650和1050中的任何一個的示例。
特徵的組合
上面描述的特徵以及下面要求保護的特徵可以以各種方式組合，而不脫離其範圍。例如，將認識到的是，本文描述的用於基線自由(baseline-free)吸收光譜的一種方法、產品或系統的各方面可以結合或交換為本文所述的用於基線自由吸收光譜的另一種方法、產品或系統的特徵。以下示例說明了上述實施 例的一些可能的非限制性組合。應當清楚的是，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，可以對本文的方法、產品和系統進行許多其他改變和修改：
(A1)一種具有減少雜散光的主動像素元件構裝，包括：(a)主動像素元件，其包括半導體基板和主動像素的陣列，(b)透光基板，其設置在主動像素元件的光接收側上，以及(c)粗糙的不透明塗層，其設置在透光基板的第一表面上並形成與主動像素的陣列對準的孔，該粗糙的不透明塗層是粗糙的，以便抑制從至少一側入射在其上的光的反射。
(A2)在表示為(A1)的主動像素元件構裝中，透光基板的第一表面可以背對主動像素元件，粗糙的不透明塗層可以具有面對透光基板的介面側和背對透光基板的外側，並且粗糙的不透明塗層可以在其外側上是粗糙的，以便抑制在孔的外部朝著主動像素元件的光接收側傳播的光的反射。
(A3)在表示為(A2)的主動像素元件構裝中，粗糙的不透明塗層在其介面側上也可以是粗糙的，以便抑制從透光基板入射到粗糙的不透明塗層上的光的反射。
(A4)在表示為(A1)的主動像素元件構裝中，透光基板的第一表面可以面對主動像素元件，粗糙的不透明塗層可以具有面對透光基板的介面側和背對透光基板的外側，並且粗糙的不透明塗層在其介面側上可以是粗糙的，以便抑制從透光基板入射在粗糙的不透明塗層上的光的反射。
(A5)在表示為(A4)的主動像素元件構裝中，粗糙的不透明塗層在其外側上也可以是粗糙的，以便抑制入射在其上的光的反射。
(A6)在表示為(A1)至(A5)的任何一個主動像素元件構裝中，透光基板可以具有基本上垂直於透光表面的第一表面的多個側面，並且粗糙的不透明塗層還可以設置在透光基板的所述多個側面上並形成對光的屏障。
(A7)在表示為(A6)的主動像素元件構裝中，粗糙的不透明塗層可以具有面對透光基板的介面側和背對透光基板的外側，並且粗糙的不透明塗層在其介面側上可以是粗糙的，以便抑制從透光基板入射在粗糙的不透明塗層上的光的反射。
(A8)在表示為(A1)至(A7)的任何一個主動像素元件構裝中，粗糙的不透明塗層的至少一側可以具有以0.1微米至1微米範圍內的算術平均值為特徵的表面粗糙度。
(A9)在表示為(A1)到(A8)的任何一個主動像素元件構裝中，粗糙的不透明塗層的至少一側可以以反射係數小於0.6%為特徵。
(A10)在表示為(A1)至(A9)的任何一個主動像素元件構裝中，粗糙的不透明塗層可以具有至少為0.15微米的厚度。
(A11)在表示為(A1)至(A10)的任何一個主動像素元件構裝中，主動像素元件可以選自互補金屬氧化物半導體影像感測器和矽上液晶元件。
(B1)一種用於製造用於主動像素元件構裝的減少雜散光的塗層的方法，包括：(a)在透光基板上沉積不透明塗層，使得不透明塗層形成透光孔，並且(b)使不透明塗層粗糙化以形成粗糙的不透明塗層，其中粗糙化包括用鹼性溶液處理不透明塗層。
(B2)在表示為(B1)的方法中，處理不透明塗層還可以包括烘烤以加速粗糙化。
(B3)在表示為(B1)和(B2)的任一種方法中，沉積不透明塗層的步驟可以包括將不透明塗層直接沉積在透光基板上。
(B4)表示為(B1)和(B2)的任一種方法還可以包括在沉積不透明塗層的步驟之前，在透光基板上沉積透光塗層，其中(i)沉積不透明塗層的步驟包括將不透明塗層沉積在透光塗層上，不透明塗層的介面表面面對透光塗層並且不透明塗層的外表面背對透光塗層，並且(ii)使不透明塗層粗糙化的步驟包括使透光塗層與不透明塗層一起粗糙化，使得不透明塗層在介面表面和外表面上都被粗糙化。
(B5)表示為(B1)和(B2)的任一種方法還可以包括在沉積不透明塗層的步驟之前，在透光基板上沉積透光塗層並使透光塗層粗糙化，以形成具有背對透光基板的粗糙表面的粗糙的透光塗層，其中(i)沉積不透明塗層的步驟包括將不透明塗層沉積在粗糙的透光塗層上，不透明塗層的介面表面面對粗糙的透光塗層並且不透明塗層的外表面背對粗糙的透光塗層，使得不透明塗層的介面表面由於它沉積在其上的粗糙的透光塗層的粗糙度而是粗糙的，並且(ii)使不透明塗層粗糙化的步驟包括使不透明塗層的外表面粗糙化。
(B6)在表示為(B4)和(B5)的任一種方法中，透光塗層可以包括選自乙烯單體、丙烯酸單體和環氧單體的材料，並且透光塗層包含粒徑在0.5微米至5微米之間的二氧化矽粉末。
(B7)在表示為(B6)的方法中，透光塗層還可以包括光敏化合物，其中沉積透光塗層還包括用UV光曝光對透光塗層進行圖案化。
(B8)在表示為(B1)至(B7)的任何方法中，不透明塗層可以包括選自乙烯單體、丙烯酸單體和環氧單體的材料，該不透明塗層包括炭黑顏料或染料。
(B9)在表示為(B1)至(B8)的任何方法中，不透明塗層可以包括光敏化合物，其中沉積不透明塗層的步驟還包括用UV光曝光對不透明材料進行圖案化。
在不脫離本發明範圍的情況下，可以在上述方法和系統中進行改變。因此應當注意的是，以上描述中包含或附圖中所示的內容應當被解釋為是說明性的，而不是限制性的。以下申請專利範圍旨在覆蓋本文所述的所有一般和具體特徵，以及本方法和系統的範圍的所有陳述，就語言而言，可以認為其介於兩者之間。
100:主動像素元件構裝
110:主動像素元件
111:主動像素
112:半導體基板
115:光接收側
120:透光基板
122:頂表面
150:粗糙的不透明塗層
170:孔
180:右手坐標系
185:光軸
190(1),190(2):入射光

Claims (8)

  1. 一種具有減少雜散光的主動像素元件構裝，包括：主動像素元件，其包括半導體基板和主動像素的陣列；透光基板，其設置在該主動像素元件的光接收側上，包含背對該主動像素元件的第一表面；以及粗糙的不透明塗層，其設置在該透光基板的第一表面上並形成(i)與該主動像素的陣列對準的孔，(ii)具有面對該不透明塗層粗糙操介面側，以便抑制從該透光基板入射在該不透明塗層上的反射光，及(iii)具有背對該透光基板的粗糙外側，以抑制朝向該孔外的該主動像素元件光吸收側前進的反射光。
  2. 如請求項1所述的具有減少雜散光的主動像素元件構裝，其中該透光基板具有基本上垂直於該透光基板的該第一表面的多個側面，該粗糙的不透明塗層還設置在該透光基板的該多個側面上並形成對光的屏障。
  3. 如請求項2所述的具有減少雜散光的主動像素元件構裝，其中該粗糙的不透明塗層具有面對該透光基板的該介面側和背對該透光基板的該外側，該粗糙的不透明塗層在該介面側上是粗糙的，以便抑制從該透光基板入射在該粗糙的不透明塗層上的光的反射。
  4. 如請求項1所述的具有減少雜散光的主動像素元件構裝，其中該粗糙的不透明塗層的至少一側具有以0.1微米至1微米範圍內的算術平均值為特徵的表面粗糙度。
  5. 如請求項1所述的具有減少雜散光的主動像素元件構裝，其中該粗糙的不透明塗層的至少一側以反射係數小於0.6%為特徵。
  6. 如請求項1所述的具有減少雜散光的主動像素元件構裝，其中該粗糙的不透明塗層具有至少為0.15微米的厚度。
  7. 如請求項1所述的具有減少雜散光的主動像素元件構裝，其中該主動像素元件選自互補金屬氧化物半導體影像感測器和矽上液晶元件。
  8. 一種具有減少雜散光的主動像素元件構裝，包括：主動像素元件，其包括半導體基板和主動像素的陣列；透光基板，其設置在該主動像素元件的光接收側上，包含面對該主動像素元件的第一表面；以及粗糙的不透明塗層，設置在該第一表面上，形成(i)與該主動像素的陣列對準的孔，(ii)具有面對該不透明塗層粗糙操介面側，以便抑制從該透光基板入射在該不透明塗層上的反射光，及(iii)具有背對該透光基板的粗糙外側，以抑制抑制入射光的反側光。
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