TW200810102A - Image sensor and fabrications thereof - Google Patents

Description

200810102 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種影像感測器，且特別是有關於 一種具有至少兩種不同曲率半徑之微透鏡的影像感測 器，和具有一種非對稱之微透鏡的影像感測器。 【先前技術】 現今，數位影像元件已廣泛地應用在許多電子產# 中，它們係使用於，例如··數位相機、數位錄放影機、 具有照相功能的手機、安全保護監視器…等。

通常一數位影像元件包括一影像感測器晶片，例如 一電荷耦合元件（CCD)影像感測器晶片，或是一金氧半導 體（CMOS)影像感測器晶片。爲能得到較好的光學特性， 影像感測裔晶片通常包括一層複合式微透鏡，如此，入 射光能更有效的集中於一例如光二極體層之特定平面 上，光二極體層係接收光子，且因而產生電子訊號。 第1圖繪示-傳統的影像感測器之剖面圖，如第i 圖所示，此結構包括-底層基底u、—光二極體層12、 一内連線結構13(為簡潔，在此僅顯示一金屬層，i其可 包括多層金屬層）、-鈍化層14、—彩色濾光器15、1 P家壁層16和-微透鏡層17，上述彩色渡光器包括多個红 色（遣）、綠色⑽)和藍色（未繪示）部分，微透 編透鏡171，以將入射光聚焦於光二極體層12和ί 底11間的介面。為簡化’在此省略微透鏡層17上之/， 0978-A32674TWF;VIP-015;wayne 5 200810102 例如鏡片、封裝和結合墊層…等。

傳統上，製造包括微透鏡之影像感測器是首先以一 般之半導體製程步驟形成一包括層11〜16之半成基底， 再於一層16上塗佈一光阻層。接下來，依照光罩的圖案 =光阻層進行曝光和顯影，以形成多個方型區塊172，如 第2圖所示。之後，進行一迴流步驟，換言之，此半成 :基底上的光阻層18係進行超過攝氏15(rc，1〇分鐘之 衣耘步驟，以使部分光阻層18溶化，由於光阻材料具有 $性，溶化之光阻層會形成如第〗圖所示之微透鏡Hi 結構，接著，使基底降溫以形成成固體型態微透鏡171。 上述之傳統的影像感測器具有下列缺點，微透鏡 171係全部形成有相同的曲率半徑，然而，光線會投射於 不同位置的微透鏡，特別是，中到大尺寸數位影像裝置（具 有百：像素或更多)的影像感測器可能有不同的入射角。 更甚著，如第3圖所示，在週邊區域，垂直地投射於微 透鏡中央區域之光線，會以—傾斜角人射微透鏡，而產 生f直焦距偏移，另外，在週邊區域的光點尺寸181並 不符合要求，而降低了影像感測器的敏感度。 μ 、丨國專利第6,417,〇22號揭露一種製造具有長焦距 人μ透鏡之H ’由於金屬層的數量增加，其係處理厚 之總厚度H在此專利案中，w上所有的 解、η率半徑皆相同，且此專利案未描述任何有關 ’、u上述第3圖所示缺點之方案。 虞匕而要提供一具有較佳感光度之影像感測器， 〇978-A32674TWF;VIp.015;wayne 6 200810102 其=不㈣位置之微透鏡的曲率半徑是依 必要條件設計。 j九予的 【發明内容】 根據上述，本發供—種改進的微透鏡， 傾斜入射光線或是不同光線要料光學條件。 -付 曲皇^㈣提供—種影像感測器，包括至少兩個有不同 率半徑之微透鏡，在一實施例中， 於4 k ^ 上迷至少兩個微透 J包括：弟〜微透鏡，具有較小之曲率半徑，且位於= 么：為之中央，域：及一第二微透鏡’具有較大之曲 、I，且位於影像感測器之週邊區域。在另一电於制 中=述至少兩個微透鏡包括一第一微透鏡，具；= 徑’且對應於-第-顏色，及-第二微透鏡， 八有較大之曲率半徑，且對應於一第二顏色。 、”本I月提供-種影像感測器，包括至少—微透鏡， 沁耆一平面有非對稱鏡片結構。 本發:月提供-種影像感測器之製造方法，包括下列 百先’提供—半成之基底，塗佈-光阻材料於半 成之基底上。接著，圖形化光阻材料成複數個副單元， 其中士述田Ij單π包括至少一第一副單元和一第二副單 π ’第-副單元和第二副單元有不同的圖案。後續，迴 流(reflow)光阻材料，其中第一副單.元和第二副單元有不 同的外形。 本發明提供一種影像感測器之製造方法，包括下列 〇978.A32674TWF；VIP.0l5;Wayne 7 200810102 步驟。首先，提供一半成之基底，塗佈一光阻材料於半 成之基底上接著，圖形化光阻材料成複數個副單元， 其中至少—副單元包括多個凹洞，凹洞係沿著-平面非 ，稱为佈。後續，迴流（refl〇w)光阻材料，其中至少一副 單元形成非對稱之外形。 【實施方式】 、以下將根據較佳實施例和圖式描述本發明，圖式僅 為辅助/兄明’其厚度和寬度並不根據比例♦示。 第圖和第4B圖係為本發明第一較佳實施例之剖 面4CL圖為第4B圖之上視圖，其中圖式之左側顯 象感測器結構之中央區域，而圖式之右側顯示影像 ^則器結構之週邊區域。請參照第4A圖，影像感測器 :於中央區域之微透鏡211的曲率半捏小於週邊區 ^之U透鏡212的曲率半徑’在本發明之較佳實施例中， 中央區域之微透鏡的曲率半徑介於2.⑻〜2.2()，而週邊區 域之微透鏡的曲率半徑介於2 35〜2 55。 爲達成上述結構，可在形成微透鏡時，減少形成週 =域微透鏡212之光阻材料的量，使其相對較中央區 U透鏡211光阻材料的有較少之光阻材料量，舉例來 ”照第圖和f4c圖，首先，提供一半成之基 二’、L括層1M6 ’接著’塗佈—光阻材料於半成之基 底上以形成緣層2卜在塗佈姐_之後，以不同之 圖木對中央區域和週邊區域進行曝光，之後進行顯影， 〇978-A32674TWF;VIP.〇i5；wayne 8 200810102 ===’週邊區域之光阻材料形成複數個方 形=方形結構202,其包括以陣列排列之凹洞232, 如此技蟄所熟知的，上述之舟 用之朵…一、之步私可糟由適當的設計曝光 用之先罩達成，㈣洞232剌以減 為-致的方形，且彼此對準，但本發明不限於此，口 要凹洞232之形狀和排列可以達成減少光阻材料之體 ^，其可以為任意之形狀和排列H ^是方形或是 長方形結構202要形成具有對稱結構之微透鏡212,方來 或是長方形結構搬中之凹洞232較佳為以對稱排 接下來，將包括㈣後方形結構或是長方形結構 201、202之基底加溫至超過15代，以使方形結構 ，方形結構2G卜2G2融化，後續，將基底冷卻，形成如 第4A圖所示之微透鏡211、212。 •、影像感測器由於有第4A圖所示之微透鏡結構，可 因為知、射至影像感測器週邊區域之入射光能更佳的聚焦 於焦點平面上，影像感測器可得到較佳之光學特性。A…、 第5A圖〜第50圖繪示本發明第二實施例，除了於 中央區域和週邊區域分別提供不同曲率半徑之微透鏡 外，亦可以不同顏色之晝素提供不同曲率半徑之微透 鏡，以補償不同波長的光。第5 A圖和第5B圖分別為同 一影像感測器依不同剖面線之剖面圖，其揭示紅色:綠 色和藍色之晝素.，如第5A圖和第5B圖所示，紅色書= 〇978.A32674TWF;VIp.〇i5；wayne 9 200810102 最小之曲率半徑’綠色晝素上之微透鏡有 : 人小之曲率半徑’藍色晝素上之微透鏡有 2有 徑’此微透鏡可單獨設置或是與第_實施例：半 有最小之曲率半徑，或是，中央區域之匕:微透鏡 之曲率半徑較週邊區 色旦素微透鏡 r , al 飞之、、工色畫素微透鏡之曲率丰麻 P上、f在晝素微透鏡和藍色晝素微透鏡亦可心 :上述。在本發明之較佳實施例中，h 素微透鏡的曲率半徑約介於2 02〜212， 一 =色畫 色畫素微透鏡的曲率半徑約介於2.37〜2 47· d二紅 綠色晝素微透鏡的曲率半徑約介於H215 之 二::透鏡的曲率半徑約介於Μ。，?;： Γ^ΓΛ%^：^Γ"2·08~2·18-' ? Ας 9 旦素u透鏡的曲率半徑約介於 •〜2.55。、，、工色晝素微透鏡的备 微透鏡的曲率半徑小干仏乂綠色晝素 率半徑較佳較7色Λ 藍色晝素微透鏡的曲 〇〇6。 旦素^透鏡的曲率半徑小〇.〇1至 第5Α圖和第5Β圖夕έ士德 參照第5C圖和第5D Η :二木以下方法形成，請 C-C剖面線之剖面Γ首先其 成基底。之後，塗佈—上 =一包括層11〜16之半 成材料層於半成之基底上以形 ΐ八==Ϊ者’對光阻層31進行曝光和顯影以形 成刀Η應於、，、工色、綠色和藍色晝素之多個方形或是長 0978-A32674TWF;VIP-〇i5;Wayne 10 200810102 方形結構3〇1、302和303。可藉由適當的設計曝光 使對應於藍色晝素之方形或是長方形結構則之凹洞總 面積最大’使對應於綠色晝素之方形或是長方形結構搬 之凹洞總面積次大’使對應於紅色晝素之方形或是 形結構3 01沒有凹洞（如圄所；、斗、θ m圖所不）或是凹洞總面積最小（未 、、曰不）。在圖式的實施例中，方形或是長方形結構地、 3〇3分別有相同數目之凹洞332、333，而凹洞奶係大 於凹洞332，然而，本於明；^ pp认山 , 本u不限於此，本發明亦可採用其 曰匕的仅置，例如凹洞332、333之尺寸相同，但是方形或 疋長方形結構303之凹洞數目較方形或是長方形結構逝 目多。在比例上’必須是方形或咖 有取大之凹洞總面積，方形或是長方形結構逝有次 ^之凹洞總面積’方形或是長方形結構3()1沒有凹洞或 是有最小之凹洞總面積。 一 接下來，將包括顯影後方形或是長方形結構3〇1、 302和303之基底加溫至超過15〇c>c，以使方形或是長方 形結構301、302和303融化，後、續，將基底冷卻，形成 如第5A圖和第5B圖所示之微透鏡31卜312和313。 在本發明之較佳實施例中，即使第5八圖和第圖 所示之結構合併或是不合併第—實施例之技術，因為此 、、口構可補^不同波長之光線，使不同人射至影像感測器 光a有較佳之聚焦，其本身即可提供較佳之光 第6A圖〜$ 6C •圖繪示本發明第三實施例，根據此 0978-A32674TWF;ViP.〇i5；wayne 11 200810102 實施例之技術，其可藉由非對稱微透鏡，使傾斜之光線 進行對準，而此種非對稱微透鏡可設置在可能會接收到 傾斜入射光之區域，例如週邊區域。或是，若有需要， 可使全部影像感測器皆設置非對稱微透鏡。 請參照第6A圖，微透鏡412為非對稱的輪廓，例 如沿著剖面線非對稱，每一微透鏡412左侧部份的曲率 半徑較右侧部份的曲率半徑小，而此微透鏡412從另一 不同角度觀視可以為對稱的。此非對稱微透鏡結構使傾 斜的入射光能更佳的聚焦。請參照第7A圖和第7B圖， 一對稱微透鏡可使垂直之入射光有良好的對焦（光線1，2, 3, 4, 5可聚焦於同一點），但無法使傾斜之入射光有良好 的對焦（光線1，2, 3, 4, 5無法聚焦於同一點），然而，如 第7C圖所示，從左側傾斜之入射光可經由非對稱微透鏡 412良好的聚焦於焦點平面上（光線1，2, 3, 4, 5可聚焦於 同一點)。 φ 以下描述形成此非對稱微透鏡之製造方法，請參照 第6B圖和第6C圖，其中第6C圖是第6B圖之上視圖。 首先’提供一包括層11〜16之半成基底’之後’塗佈一 光阻材料層於半成之基底上以形成一光阻層41，接著， 對光阻層41進行曝光和顯影以形成多個方形或是長方形 結構402，如第6C圖所示，在此實施例中，每一方形或 是長方形結構包括一些陣列之凹洞432,其中每一方形或 是長方形結構402右侧部份之凹洞432較密集，然而， 本發明亦可採用其它方法，例如，於方形或是長方形結 0978-A32674TWF; VIP-015 ;wayne 12 200810102 構402右側部份提供較大之凹洞，在此實施例中，方带 或是長方形結構402之光阻材料必須有不規則的分佈， 其有較少光阻材料之部份會形成透鏡有較高曲率半彳呈。 接下來，將包括顯影後方形或是長方形結構4〇2之 基底加溫至超過150〇C，以使方形或是長方形結構4的 融化’後續’將基底冷卻，形成如第6a圖和第7C圖所 示之微透鏡412。 ❿ 本發明第三實施例之技術可單獨運用，或是和第— 實施例和/或第二實施例合併使用，如上所述，非對稱微 透鏡可幫助傾斜光線有較佳的聚焦。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限疋本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之 精神和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此，本發 明之保護範圍，當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 ^ 【圖式簡單說明】 第1圖揭示一傳統的影像感測器之剖面圖。 第2圖揭示一如何製作傳統的影像感測器之微透 鏡。 第3圖揭示傳統的影像感測器之一缺點，週邊區域 因傾斜光線產生失焦的問題。 第4A圖和第4B圖揭示本發明第一較佳實施例之剖 面圖。 第4C圖為第4B圖之上視圖。 〇978-A32674TWF;VIP-015;wayne 13 200810102 第5A圖〜第5D圖揭示本發明第二實施例，其中第 5A圖和第5B圖分別為同一影像感測器依不同剖面線之 剖面圖，第5C圖是沿著第5D圖（3-(：剖面線之剖面圖。 第6A圖和第6B圖揭示本發明第三較佳實施例之剖 面圖。 第6C圖為第6B圖之上視圖。 第7A圖〜第7C圖揭示傾斜之入射光經由非對稱微 ^ 透鏡良好的聚焦於焦點平面上。 【主要元件符號說明】 11〜基底； 13〜内連線結構， 15〜彩色濾光器； 17〜微透鏡層； 21〜光阻層； 41〜光阻層； 172〜方型區塊； 201〜方形結構； 12〜二極層； 14〜純化層； 16〜間隙壁層； 18〜光阻層； 31〜光阻層； 171〜微透鏡； 181〜光點尺寸； 202〜方形或是長方形結構； 211〜微透鏡； 212〜微透鏡； 23 2〜凹洞； 301〜方形或是長方形結構； 302〜方形或是長方形結構； 3 0 3〜方形或是長方形結構； 0978-A32674TWF; VIP-015 ;wayne 14 200810102 311〜微透鏡； 312〜微透鏡； 313〜微透鏡； 332〜凹洞； 333〜凹洞； 402〜方形或是長方形結構； 412〜微透鏡； 432〜凹洞。

0978-A32674TWF; VIP-015 ;wayne 15

Claims (1)

1. 200810102 十、申請專利範圍·· 1·一種影像感測器，包括： 至少兩個有不同曲率半徑之微透鏡。 1如申請專利範圍第i項所述之影像感測器’其中 該至少兩個微透鏡包括： 、，一微透鏡，具有較小之曲率半徑，且位於該影 像感測器之中央區域；及 、、第一微透鏡，具有較大之曲率半徑，且位於該影 像感測為之週邊區域。 …3=申請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中 4第U透鏡之曲率半徑大體上介於2•㈧〜2·2〇之範圍。 …—4·如中請專利範圍第2項所述之影像感測器，其中 a第-u透鏡之曲率半徑大體上介於2·35〜2·55之範圍。 5·如申請專利範圍第1項所述之影像感測器，其中 该至少兩個微透鏡包括·· • 第一微透鏡，具有較小之曲率半徑，且對應於一 第一顏色；及 -第二微透鏡，具有較大之曲率半徑，且對應於— 第二顏色。 > 6·如申μ專利範圍第i項所述之影像感測器，其中 該至少兩個微透鏡包括·· 第彳放透鏡，具有較小之曲率半徑，且對應於一 紅色晝素；及 第一Μ透鏡，具有次小之曲率半徑，且對應於一 〇978-A32674TWF；VIp.〇i5;wa： 16 200810102 綠色晝素，·及 具有較大之曲率半徑，且對應於一 一第三微透鏡 藍色晝素。 該第-二專利|&圍第6項所述之影像感測器，其中 0= $ 7曲率半徑較佳比該第二微透鏡的曲率半 徑小 0.01 至 〇·〇6。 丁丁 ，第:：！請專利範圍第6項所述之影像感測器，其中 透鏡的曲率半徑較佳_第二微透鏡的 徑大0·01至〇.〇6。 卞丁 9.如申請專利範_ 6項所述之影像感測器，其中 该弟一微透鏡之曲率半徑大體上介於2.02〜2.12之範圍； '弟：微透鏡之曲率半徑大體上介於2〇5〜2.15之範圍; 且该第三微透鏡之曲率半徑大體上介於2.08〜2.18之範 10.如申明專利範圍帛6項所述之影像感測器，其中 φ該=-微透鏡之曲率半徑大體上介於2·37〜2 47之範圍； 該第二微透鏡之曲率半徑大體上介於2屬〜2 50之範圍； 且忒第二彳政透鏡之曲率半徑大體上介於2.45〜2 55之範 圍。 u.如申請專利範圍帛1項料之影像感測器，其中 该至少兩微透鏡包括： 一第一微透鏡，具有對稱鏡片結構，且位於該影相 感測器之中央區域；及 一第二微透鏡，至少沿著一平'面有非對稱鏡片結 0978-A32674TWF;VIP-015;wayne 17 200810102 構，且位於該影相感測器之週邊區域。 12· —種影像感測器，包括： ^少-微透鏡，沿著一平面有非對稱鏡片結構。 種影像感測器之製造方法，包括τ列步驟： 釦供一半成之基底，· 塗佈一光阻材料於該半成之基底上，· 圖形化該光阻材料成複數個副單元其中該歧副單 兀''至少—第一副單元和一第二副單元，該第—副單 兀和该第二副單元有不同的圖案；及 叫該光阻材料，其中該第-副單元和該第 一田彳早兀有不同的外形。 不 =如中請專利範圍第13項所述之影像感測器之製 二方法’其中該第一副單元和該第二副單元包括 >同。 、生方η申r專利耗圍帛13項所述之影像感測器之製 案有顯然不同之二早兀之圖案和該第二副單元之圖 ^如中請專利範圍第13項所述之影像感測器之製 &方法，其中該第一副單 成一弟一形狀，具有較小 佐’_且位於該影像感測器之中央區域；且 々°玄第一:,]單兀形成-第二形狀’具有較大之曲率半 徑，且位於該影像感測器之週邊區域。 、主17.如申請專利範圍第13項所述之影像感測器之製 、方法，、中為第-副單疋形成一第—形狀，具有較小 〇978-A32674TWF;VIp.〇i5；wa^ 18 200810102 之曲率半徑，且對應於一第一顏色；且 一該第二副單元形成一第二形狀，具有較大之曲率 徑，且對應於一第二顏色。 ^〗8.如申請專利範圍第13項所述之影像感測器之製 ，方法，其中該些副單元包括該第一副單元、該第二副 早兀和-第三副單元’其中該第一副單元形成一第 狀，具有較小之曲率半徑，且對應於一紅色晝素；^

   -該第二副單元形成一第二形狀，具有次之曲 徑’且對應於一綠色畫素；及 /該第三副單元形成-第三形狀，具有較大之曲 径，且對應於一藍色晝素。 f如中請專利範㈣13項所述之影像感測器之紫 =’其中該第一副單元形成一對稱形狀，且位於哕 衫像感測器之中央區域’該第二副單元至少—二 形成一非對稱形狀，且位於該影像❹❻之料區—^ 2〇. 一種影像感測器之製造方法， 提供一半成之基底； 到/驟. /尤阻材料於該半成之基底上； 一圖:㈣光阻材料成複數個副單元， 早兀包括多個凹洞，該凹 批夕田|J /U货、/〇者千面非對稱分 一副單元形成 迴流(reflow)該光阻材料，其中該至 非對稱之外形。 〇978-A32674TWF;VIP.〇15;wayne