專利名稱：影像傳感器及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種影像傳感器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，數(shù)字影像元件已廣泛地應(yīng)用在許多電子產(chǎn)品中，它們使用在例如 數(shù)字相機、數(shù)字錄放機、具有照相功能的手機、安全保護監(jiān)視器等電子產(chǎn)品 中。通常， 一數(shù)字影像元件包括一影像傳感器芯片，例如一電荷耦合元件(CCD)影像傳感器芯片，或一互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像傳感器芯 片。為能得到較好的光學特性，影像傳感器芯片通常包括一層復合式微透鏡， 這樣，入射光能更有效地集中于例如光二極管層的特定平面上，光二極管層 接收光子，且由此產(chǎn)生電子信號。圖1所示的是一傳統(tǒng)的影像傳感器的剖面圖。如圖1所示，此結(jié)構(gòu)包括 一底層基底ll、 一光二極管層12、 一內(nèi)連線結(jié)構(gòu)13(為簡潔起見，在此僅顯 示一金屬層，但其可包括多層金屬層)、 一鈍化層14、 一彩色濾光器15、 一 間隙壁層16和一微透鏡層17。上述彩色濾光器包括多個紅色(15R)、綠色(15G) 和藍色(圖中未示出)部分，微透鏡層包括多個微透鏡171，以將入射光聚焦 于光二極管層12和基底11間的界面。為了簡化，在此省略微透鏡層17上 的層，例如鏡片、封裝和結(jié)合墊層等。傳統(tǒng)上，制造包括微透鏡的影像傳感器首先以一般的半導體制造步驟形 成一包括層11~16的半成基底，再在層16上涂布一光致抗蝕劑層。接下來， 依照掩模的圖案對光致抗蝕劑層進行曝光和顯影，以形成多個方型區(qū)塊172， 如圖2所示。之后，進行一回流(reflow)步驟，換言之，此半成基底上的光致 抗蝕劑層18進行超過攝氏150°C， IO分鐘的制造步驟，以使部分光致抗蝕 劑層溶化。由于光致抗蝕劑材料具有黏性，溶化之后的光致抗蝕劑層會形成 如圖1所示的微透鏡171結(jié)構(gòu)，接著，使基底降溫以形成呈固體型態(tài)的微透
鏡171。上述傳統(tǒng)的影像傳感器具有下列缺點，微透鏡171全部形成相同的曲率 半徑，然而，光線會投射于不同位置的微透鏡，特別是中到大尺寸數(shù)字影像 裝置(具有百萬像素或更多)的影像傳感器可能有不同的入射角。更甚者，如 圖3所示，在外圍區(qū)域，垂直地投射于微透鏡中央?yún)^(qū)域的光線會以一傾斜角 入射微透鏡，從而產(chǎn)生垂直焦距偏移。另外，在外圍區(qū)域的光點尺寸181并 不符合要求，從而降低了影像傳感器的敏感度。美國專利第6,417,022號公開一種制造具有長焦距的微透鏡的方法，由 于金屬層的數(shù)量增加，該方法處理的是厚金屬層的總厚度，然而，在此專利 中，芯片上所有的微透鏡的曲率半徑都相同，且此專利沒有描述任何有關(guān)解 決如上述圖3所示傳統(tǒng)影像傳感器的缺點的方案。因此，需要提供一具有較佳感光度的影像傳感器，其中在不同位置的微 透鏡的曲率半徑依不同光學的必要條件設(shè)計。發(fā)明內(nèi)容鑒于以上所述的傳統(tǒng)影像傳感器的缺點，本發(fā)明提供一種改進的微透 鏡，以應(yīng)付傾斜入射光線或不同光線要素等光學條件。本發(fā)明提供一種影像傳感器，該影像傳感器包括至少兩個具有不同曲率 半徑的微透鏡。在一實施例中，上述至少兩個微透鏡包括一第一微透鏡，該 第一微透鏡具有較小的曲率半徑且位于影像傳感器的中央?yún)^(qū)域，及一第二微 透鏡，該第二微透鏡具有較大的曲率半徑且位于影像傳感器的外圍區(qū)域。在 另一實施例中，上述至少兩個微透鏡包括一第一微透鏡，該第一微透鏡具有 較小的曲率半徑且對應(yīng)于一第一顏色，及一第二微透鏡，該第二微透鏡具有 較大的曲率半徑且對應(yīng)于一第二顏色。本發(fā)明提供一種影像傳感器，該影像傳感器包括至少一微透鏡，該透鏡 沿著一平面具有非對稱結(jié)構(gòu)。本發(fā)明提供一種影像傳感器的制造方法，該制造方法包括下列步驟首 先提供一半成基底，在半成基底上涂布光致抗蝕劑材料。接著，將光致抗蝕 劑材料圖形化成多個子單元，其中所述子單元包括至少一第一子單元和一第 二子單元，第一子單元和第二子單元具有不同的圖案。然后，回流光致抗蝕
劑材料，其中第一子單元和第二子單元具有不同的外形。本發(fā)明提供一種影像傳感器的制造方法，該制造方法包括下列步驟首 先提供一半成基底，在半成基底上涂布一光致抗蝕劑材料。接著，將光致抗 蝕劑材料圖形化成多個子單元，其中至少一子單元包括多個凹洞，所述凹洞 沿著一平面非對稱分布。然后，回流光致抗蝕劑材料，其中至少一子單元形 成非對稱的外形。本發(fā)明提供的影像傳感器及其制造方法不僅可以補償不同顏色的光，還 可以使傾斜入射的光線能較好地聚焦。


圖1所示為傳統(tǒng)的影像傳感器的剖面圖； 圖2所示為如何制作傳統(tǒng)的影像傳感器的微透鏡剖面圖； 圖3所示為傳統(tǒng)的影像傳感器的一缺點，即外圍區(qū)域因傾斜的光線而產(chǎn) 生失焦的問題；圖4a和圖4b所示為本發(fā)明第一較佳實施例的剖面圖； 圖4c所示為圖4b的俯視圖；圖5a 圖5d所示為本發(fā)明第二實施例，其中圖5a和圖5b分別為同一影 像傳感器依不同剖開線的剖面圖，圖5c是沿著圖5d的C-C線的剖面圖。 圖6a和圖6b所示為本發(fā)明第三較佳實施例的剖面圖； 圖6c所示為圖6b的俯視圖；圖7a 圖7c所示為傾斜的入射光經(jīng)由非對稱微透鏡良好地聚焦于焦點平 面上。其中，附圖標記說明如下 11基底 12光二極管層 13內(nèi)連線結(jié)構(gòu) 14鈍化層 15彩色濾光器 16間隙壁層 17微透鏡層 18光致抗蝕劑層 21光致抗蝕劑層 31光致抗蝕劑層41光致抗蝕劑層 171微透鏡172方型區(qū)塊 181光點尺寸201方形或是長方形結(jié)構(gòu) 211微透鏡 232凹洞302方形或是長方形結(jié)構(gòu) 311微透鏡 313微透鏡 333凹洞 412微透鏡402方形或是長方形結(jié)構(gòu) 432凹洞301方形或是長方形結(jié)構(gòu) 303方形或是長方形結(jié)構(gòu) 312微透鏡332凹洞202方形或是長方形結(jié)構(gòu) 212微透鏡具體實施方式
以下將根據(jù)較佳實施例和附圖描述本發(fā)明，附圖僅用來輔助說明，其長 度和寬度并未嚴格根據(jù)比例進行繪制。圖4a和圖4b為本發(fā)明第一較佳實施例的剖面圖，圖4c為圖4b的俯視 圖，其中所述附圖的左側(cè)顯示影像傳感器結(jié)構(gòu)的中央?yún)^(qū)域，而所述附圖的右 側(cè)顯示影像傳感器結(jié)構(gòu)的外圍區(qū)域。請參照圖4a，影像傳感器中，位于中央 區(qū)域的微透鏡211的曲率半徑小于外圍區(qū)域的微透鏡212的曲率半徑。在本 發(fā)明的較佳實施例中，中央?yún)^(qū)域的微透鏡的曲率半徑介于2.00 2.20微米， 而外圍區(qū)域的微透鏡的曲率半徑介于2.35 2.55微米。為實現(xiàn)上述結(jié)構(gòu)，可以在形成微透鏡時，減少形成外圍區(qū)域微透鏡212 的光致抗蝕劑材料的量，使其相對地比中央?yún)^(qū)域微透鏡211的光致抗蝕劑材 料有較少的光致抗蝕劑材料量。舉例來說，請參照圖4b和圖4c，首先提供 一半成基底，其包括層11一16;接著，在半成基底上涂布一光致抗蝕劑材料 以形成光致抗蝕劑層21;在涂布光致抗蝕劑材料之后，以不同的圖案對中央 區(qū)域和外圍區(qū)域進行曝光，之后進行顯影；在曝光和顯影之后，外圍區(qū)域的 光致抗蝕劑材料形成多個方形或是長方形結(jié)構(gòu)202，所述方形或是長方形結(jié) 構(gòu)202包括以陣列排列的凹洞232。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，上述步驟 可通過適當?shù)卦O(shè)計曝光用的掩模來實現(xiàn)，而凹洞232用于減少每一方形或是 長方形結(jié)構(gòu)202的光致抗蝕劑材料的量。雖然所述附圖中所示的凹洞232為 一致的方形，且相互對準，但本發(fā)明不限于此。只要凹洞232的形狀和排列 可以達到減少光致抗蝕劑材料的體積的目的，所述凹洞232可以是任意的形 狀和排列。然而，若方形或是長方形結(jié)構(gòu)202要形成具有對稱結(jié)構(gòu)的微透鏡 212，方形或是長方形結(jié)構(gòu)202中的凹洞232較佳地以對稱方式排列。接下來，將包括顯影后的方形結(jié)構(gòu)或是長方形結(jié)構(gòu)201、 202的基底加 熱到超過150。C，以使方形結(jié)構(gòu)或是長方形結(jié)構(gòu)201、 202融化，然后，將基 底冷卻，形成如圖4a所示的微透鏡211、 212。影像傳感器由于有圖4a所示的微透鏡結(jié)構(gòu)，照射至影像傳感器外圍區(qū) 域的入射光能更佳地聚焦于焦點平面上，因此影像傳感器可得到較佳的光學 特性。圖5a 圖5d所示的是本發(fā)明的第二實施例，除了在中央?yún)^(qū)域和外圍區(qū)域 分別提供不同曲率半徑的微透鏡外，也可以根據(jù)不同顏色的像素提供不同曲 率半徑的微透鏡，以補償不同波長的光。圖5a和圖5b分別為同一影像傳感 器沿不同剖開線的剖面圖，該剖面圖揭示紅色、綠色和藍色的像素，如圖5a 和圖5b所示。紅色像素上的微透鏡有最小的曲率半徑，綠色像素上的微透 鏡有次小的曲率半徑，藍色像素上的微透鏡有最大的曲率半徑。此微透鏡可 單獨設(shè)置或是與第一實施例一并設(shè)置，換句話說，可使整個影像傳感器中紅 色像素上的微透鏡具有最小的曲率半徑，或是中央?yún)^(qū)域的紅色像素微透鏡的 曲率半徑比外圍區(qū)域的紅色像素微透鏡的曲率半徑小。另外，綠色像素微透 鏡和藍色像素微透鏡也可以比照上述紅色像素微透鏡設(shè)置。在本發(fā)明的較佳 實施例中，中央?yún)^(qū)域的紅色像素微透鏡的曲率半徑約介于2.02 2.12微米， 而外圍區(qū)域的紅色像素微透鏡的曲率半徑約介于2.37~2.47微米；中央?yún)^(qū)域 的綠色像素微透鏡的曲率半徑約介于2.05 2.15微米，而外圍區(qū)域的綠色像 素微透鏡的曲率半徑約介于2.40 2.50微米；中央?yún)^(qū)域的藍色像素微透鏡的 曲率半徑約介于2.08 2.18微米，而外圍區(qū)域的藍色像素微透鏡的曲率半徑 約介于2.45 2.55微米。紅色像素微透鏡的曲率半徑較佳地比綠色像素微透 鏡的曲率半徑小0.01至0.06微米，藍色像素微透鏡的曲率半徑較佳地比綠 色像素微透鏡的曲率半徑大0.01至0.06微米。圖5a和圖5b的結(jié)構(gòu)可采用以下方法形成。請參照圖5c和圖5d，其中 圖5c是沿著圖5d中的C-C線的剖面圖。首先，提供一包括層U 16的半成 基底；然后，在半成基底上涂布一光致抗蝕劑材料層以形成一光致抗蝕劑層 31;接著，對光致抗蝕劑層31進行曝光和顯影以形成分別對應(yīng)于紅色、綠
色和藍色像素的多個方形或是長方形結(jié)構(gòu)301、 302和303?？赏ㄟ^適當?shù)卦O(shè) 計曝光掩模，使對應(yīng)于藍色像素的方形或是長方形結(jié)構(gòu)303的凹洞總面積最 大，使對應(yīng)于綠色像素的方形或是長方形結(jié)構(gòu)302的凹洞總面積次大，使對 應(yīng)于紅色像素的方形或是長方形結(jié)構(gòu)301沒有凹洞(如圖5d所示)或是凹洞總 面積最小(圖中未示出)。在所述附圖的實施例中，方形或是長方形結(jié)構(gòu)302、 303分別有相同數(shù)目的凹洞332、 333，而凹洞333大于凹洞332。然而，本 發(fā)明不限于此，也可采用其它的設(shè)置，例如凹洞332、 333的尺寸相同，但 是方形或是長方形結(jié)構(gòu)303的凹洞數(shù)目比方形或是長方形結(jié)構(gòu)302的凹洞數(shù) 目多。在比例上，必須是方形或是長方形結(jié)構(gòu)303有最大的凹洞總面積，方 形或是長方形結(jié)構(gòu)302有次大的凹洞總面積，方形或是長方形結(jié)構(gòu)301沒有 凹洞或是有最小的凹洞總面積。接下來，將包括顯影后的方形或是長方形結(jié)構(gòu)301、 302和303的基底 加熱到超過150。C，以使方形或是長方形結(jié)構(gòu)301、 302和303融化，然后， 將基底冷卻，形成如圖5a和圖5b中所示的微透鏡311、 312和313。在本發(fā)明的較佳實施例中，即使得圖5a和圖5b所示的結(jié)構(gòu)合并或是不 合并第一實施例的技術(shù)，因為此結(jié)構(gòu)可以補償不同波長的光線，使不同的入 射至影像傳感器的入射光部分有較佳的聚焦，所以該結(jié)構(gòu)本身即可為影像傳 感器提供較佳的光學表現(xiàn)。圖6a 圖6c所示的是本發(fā)明的第三實施例。根據(jù)此實施例的技術(shù)，可通 過非對稱微透鏡使傾斜的光線進行對準，而此種非對稱微透鏡可以設(shè)置在可 能會接收到傾斜入射光的區(qū)域，例如外圍區(qū)域?；蛘?，若有需要，可使全部 影像傳感器都設(shè)置有非對稱微透鏡。請參照圖6a，微透鏡412具有非對稱的輪廓，例如沿著剖開線非對稱， 每一微透鏡412左側(cè)部分的曲率半徑比右側(cè)部分的曲率半徑小，而此微透鏡 412從另一不同角度觀察可以是對稱的。此非對稱微透鏡結(jié)構(gòu)使傾斜的入射 光能更佳地聚焦。請參照圖7a和圖7b, —對稱微透鏡可使垂直的入射光有 良好的對焦(光線1， 2， 3， 4, 5可聚焦于同一點)，但無法使傾斜的入射光有良 好的對焦(光線1,2， 3,4,5無法聚焦于同一點)。然而，如圖7c所示，從左側(cè) 傾斜的入射光可經(jīng)由非對稱微透鏡412良好地聚焦于焦點平面上(光線1， 2， 3， 4，5可聚焦于同一點)。
以下描述形成此非對稱微透鏡的制造方法。請參照圖6b和圖6c，其中 圖6c是圖6b的俯視圖。首先，提供一包括層11 16的半成基底；然后，在半成基底上涂布一光致抗蝕劑材料層以形成一光致抗蝕劑層41;接著，對光致抗蝕劑層41進行曝光和顯影以形成多個方形或是長方形結(jié)構(gòu)402。如圖 6c所示，在此實施例中，每一方形或是長方形結(jié)構(gòu)包括一些陣列凹洞432， 其中每一方形或是長方形結(jié)構(gòu)402右側(cè)部分的凹洞432較密集。然而，本發(fā) 明也可采用其它方法，例如，在方形或是長方形結(jié)構(gòu)402的右側(cè)部分提供較 大的凹洞。在此實施例中，方形或是長方形結(jié)構(gòu)402的光致抗蝕劑材料必須 有不規(guī)則的分布，方形或是長方形結(jié)構(gòu)402的具有較少光致抗蝕劑材料的部 分會形成具有較大曲率半徑的透鏡。接下來，將包括顯影后的方形或是長方形結(jié)構(gòu)402的基底加熱到超過 150°C，以使方形或是長方形結(jié)構(gòu)402融化，然后將基底冷卻，形成如圖6a 所示的微透鏡412。本發(fā)明第三實施例的技術(shù)可單獨運用，或是與第一實施例和/或第二實施 例合并使用。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(fā)明已以較佳實施例公開如上，然而其并非用以限定本發(fā)明。本 領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍內(nèi)，可以作一些改動與修改。 因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種影像傳感器，包括至少兩個有不同曲率半徑的微透鏡。
2. 如權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中所述至少兩個微透鏡包括 一第一微透鏡，具有較小的曲率半徑，且位于該影像傳感器的中央?yún)^(qū)域;以及一第二微透鏡，具有較大的曲率半徑，且位于該影像傳感器的外圍區(qū)域。
3. 如權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中所述至少兩個微透鏡包括 一第一微透鏡，具有較小的曲率半徑，且對應(yīng)于一第一顏色；以及一第二微透鏡，具有較大的曲率半徑，且對應(yīng)于一第二顏色。
4. 如權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中所述至少兩個微透鏡包括 一第一微透鏡，具有較小的曲率半徑，且對應(yīng)于一紅色像素； 一第二微透鏡，具有次小的曲率半徑，且對應(yīng)于一綠色像素；以及 一第三微透鏡，具有較大的曲率半徑，且對應(yīng)于一藍色像素。
5. 如權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中所述至少兩微透鏡包括 一第一微透鏡，具有對稱結(jié)構(gòu)，且位于該影像傳感器的中央?yún)^(qū)域；以及 一第二微透鏡，至少沿著一平面有非對稱結(jié)構(gòu)，且位于該影像傳感器的外圍區(qū)域。
6. —種影像傳感器，包括 至少一微透鏡，其沿著一平面有非對稱結(jié)構(gòu)。
7. —種影像傳感器的制造方法，包括下列步驟 提供一半成基底；在該半成基底上涂布一光致抗蝕劑材料；使該光致抗蝕劑材料圖形化成多個子單元，其中所述子單元包括至少一 第一子單元和一第二子單元，該第一子單元和該第二子單元有不同的圖案； 以及回流該光致抗蝕劑材料，使該光致抗蝕劑材料中的該第一子單元和該第 二子單元具有不同的外形。
8. 如權(quán)利要求7所述的影像傳感器的制造方法，其中該第一子單元和該 第二子單元包括多個凹洞。
9. 如權(quán)利要求7所述的影像傳感器的制造方法，其中該第一子單元的圖 案和該第二子單元的圖案有顯然不同的比例。
10. 如權(quán)利要求7所述的影像傳感器的制造方法，其中該第一子單元形 成一第一形狀，該第一形狀具有較小的曲率半徑且位于該影像傳感器的中央 區(qū)域；以及該第二子單元形成一第二形狀，該第二形狀具有較大的曲率半徑且位于 該影像傳感器的外圍區(qū)域。
11. 如權(quán)利要求7所述的影像傳感器的制造方法，其中該第一子單元形 成一第一形狀，該第一形狀具有較小的曲率半徑且對應(yīng)于一第一顏色；以及該第二子單元形成一第二形狀，該第二形狀具有較大的曲率半徑且對應(yīng) 于一第二顏色。
12. 如權(quán)利要求7所述的影像傳感器的制造方法，其中所述子單元包括 該第一子單元、該第二子單元和一第三子單元，其中該第一子單元形成一第 一形狀，該第一形狀具有較小的曲率半徑，且對應(yīng)于一紅色像素；該第二子單元形成一第二形狀，該第二形狀具有次小的曲率半徑，且對 應(yīng)于一綠色像素；以及該第三子單元形成一第三形狀，該第三形狀具有較大的曲率半徑，且對 應(yīng)于一藍色像素。
13. 如權(quán)利要求7所述的影像傳感器的制造方法，其中該第一子單元形 成一對稱形狀，且該對稱形狀位于該影像傳感器的中央?yún)^(qū)域；以及該第二子單元至少沿著一平面形成一非對稱形狀，且該非對稱形狀位于 該影像傳感器的外圍區(qū)域。
全文摘要
一種影像傳感器及其制造方法，該影像傳感器包括改進的微透鏡，用來應(yīng)付傾斜入射光線或是不同光線要素等光學條件。影像傳感器可以包括不同曲率半徑的至少兩個微透鏡，也可以根據(jù)不同顏色的像素提供不同曲率半徑的微透鏡，還可包括至少一非對稱的微透鏡。該影像傳感器的制造方法包括步驟提供半成基底；在該半成基底上涂布光致抗蝕劑材料；使該光致抗蝕劑材料圖形化成多個子單元，其中所述子單元包括至少第一子單元和第二子單元，該第一子單元和該第二子單元有不同的圖案；回流該光致抗蝕劑材料，使該影像傳感器中的該第一子單元和該第二子單元有不同的外形。本發(fā)明的影像傳感器不僅可以補償不同顏色的光，還可使傾斜入射的光線能較好地聚焦。
文檔編號H01L21/00GK101106145SQ200710100970
公開日2008年1月16日 申請日期2007年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月14日
發(fā)明者劉宇杰, 張筆政, 李孝文, 郭晉辰 申請人:采鈺科技股份有限公司