專利名稱：具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種影像感測器，特別是涉及一種具有晶片層次的巨透鏡的影像感 測器影像感測器。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體影像感測器(例如電荷耦合元件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS) 感測器)普遍使用于照相機(jī)或攝影機(jī)中，用以將可見光的影像轉(zhuǎn)換為電子信號，便于后 續(xù)的儲存、傳輸或顯示。由于影信感測器的像素尺寸愈來愈小，為了有效聚焦光線以使得光檢測器(例 如光電二極管(photodiode))能夠得到足夠的光線，因而現(xiàn)今的影像感測器大都會使用微 透鏡(microlens)。圖1顯示一種傳統(tǒng)影像感測器(例如互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體感測器)的 剖面圖，其中，每一像素的光檢測器10上方使用一對應(yīng)的微透鏡12，用以將入射光線 聚焦于光檢測器10上。微透鏡12是一種尺寸小于毫米(mm)且通常為數(shù)十微米(μ m) 的光學(xué)凸透鏡，一般來說，其一面(例如底面)為平面而另一面(例如頂面)為球凸面 (spherical convex)。除了微透鏡12之外，傳統(tǒng)影像感測器還使用了一個模組層次(modulelevel)凸透 鏡14，用以將入射光線聚焦于影像感測平面(imagesensorplane)，亦即光檢測器10的上 表面。所謂“模組層次”是指該凸透鏡14是藉由封裝技術(shù)(而非半導(dǎo)體工藝技術(shù))而 與影像感測器結(jié)合的。通常，模組層次凸透鏡14與影像感測器的上表面之間大約有數(shù)毫 米的距離。對于圖1所示的傳統(tǒng)影像感測器，模組層次凸透鏡14可以將光線聚焦使其垂直 照射于中央?yún)^(qū)域的光檢測器10的表面。然而，愈遠(yuǎn)離中央的光檢測器10，其照射光線與 影像感測平面會具有一角度，因而使得照射光線受到堆疊層(stack height，亦即，光檢測 器10和微透鏡12的間的介電層)內(nèi)的金屬線(metal line,或稱金屬內(nèi)連線)16的偏折與 衰減。因此，邊緣區(qū)域的光檢測器10的照射強(qiáng)度會遠(yuǎn)小于中央?yún)^(qū)域的光檢測器10的照 射強(qiáng)度。為了改善此光線偏折衰減問題，一般是將邊緣區(qū)域的微透鏡向中央移動，如圖 2所示影像感測器中的微透鏡12B，或者將金屬線16向邊緣移動，如圖2所示的金屬線 16B。然而，藉由移動微透鏡12B或金屬線16B以改善光線偏折衰減問題會大量增加工 藝的復(fù)雜度，而且也無法有效、完整地克服光線偏折衰減問題。通常，還會使用影像處 理技術(shù)來解決伴隨的一些問題，例如色調(diào)偏移(hue shift)、信號滾離(signal rolloff)等問 題。然而，影像處理技術(shù)會大量增加電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。由于傳統(tǒng)影像感測器具有光線偏折衰減問題，且無有效、簡單的對策以克服該 問題，因此需要提出一種新穎的影像感測器結(jié)構(gòu)，使其整個像素陣列具有一致的光均勻 度(light uniformity)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的影像感測器存在的缺陷，而提供一種新型的具 有晶片層次(chip level)的巨透鏡(macrolens)的影像感測器，所要解決的技術(shù)問題是使其 整個像素陣列得以有效且簡便地達(dá)到一致的光均勻度，非常適于實(shí)用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提 出的一種具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，包含一半導(dǎo)體基底，其內(nèi)具有多個光 檢測器；一堆疊層，位于該半導(dǎo)體基底上方，該堆疊層內(nèi)形成有多個金屬層；以及一晶 片層次的巨透鏡(macrolens)，形成于該堆疊層上方。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。前述的影像感測器，其中所述的前述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其中上述的影像感測器為互補(bǔ)金 屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)感測器。前述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其中上述的光檢測器包含光電二 極管(photo diode)。前述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其更包含介層窗(via)，連接于該 金屬層之間，以形成金屬內(nèi)連線(metal interconnect)。前述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其中上述的堆疊層內(nèi)更包含彩色 濾光片(color filter)。前述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其更包含多個微透鏡，形成于該 堆疊層上方，分別對應(yīng)至各該光檢測器。前述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其更包含一介電層，其埋置該微 透鏡。前述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其中上述的巨透鏡覆蓋該多個光 檢測器所形成的像素陣列的至少一部分。前述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其中上述的巨透鏡的底面為一平 面，其頂面為一凸面。前述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其更包含一模組層次的凸透鏡， 位于該巨透鏡的上方。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方案，本發(fā) 明影像感測器至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器包含半導(dǎo)體基底、堆 疊層、介電層及晶片層次的巨透鏡。半導(dǎo)體基底內(nèi)具有多個光檢測器，而形成于半導(dǎo)體 基底上方的堆疊層內(nèi)部形成有多個金屬層。介電層形成于堆疊層上方，其內(nèi)埋置有多個 微透鏡，分別對應(yīng)至各光檢測器。晶片層次的巨透鏡形成于介電層上方，用以聚焦入射 光線，使得整個像素陣列得以有效且簡便地達(dá)到一致的光均勻度。綜上所述，本發(fā)明具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，可使得整個像素陣列 得以有效且簡便地達(dá)到一致的光均勻度。本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的 積極效果，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的 概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu) 點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1顯示一種傳統(tǒng)影像感測器的剖面圖。圖2顯示移動圖1影像感測器的微透鏡或金屬線示意圖。 圖3顯示本發(fā)明實(shí)施例的影像感測器的剖面示意圖。10 光檢測器 12 微透鏡12B:移動后的微透鏡14:模組層次凸透鏡16 金屬線16B 移動后的金屬線30:半導(dǎo)體基底 31:光檢測器32:堆疊層33:金屬層34:微透鏡35:介電層36 晶片層次巨透鏡 37 模組層次凸透鏡
具體實(shí)施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié) 合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的影像感測器其具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及 其功效，詳細(xì)說明如后。有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，在以下配合參考圖式的較佳 實(shí)施例的詳細(xì)說明中將可清楚呈現(xiàn)。通過具體實(shí)施方式
的說明，當(dāng)可對本發(fā)明為達(dá)成預(yù) 定目的所采取的技術(shù)手段及功效得一更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參 考與說明之用，并非用來對本發(fā)明加以限制。請參閱圖3所示，顯示本發(fā)明實(shí)施例的影像感測器的剖面示意圖。本實(shí)施例雖 以互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)感測器作為例示，然而，本發(fā)明同樣適用于其他形式的 影像感測器。在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體基底30內(nèi)形成有多個光檢測器31，例如光電二極管 (photodiode)。在半導(dǎo)體基底30上方形成有一或多層的(透明)介電層32，一般又稱為 堆疊層(stack height)。在本實(shí)施例中，所謂“上方”是指面向光源的方向。在堆疊層 32內(nèi)形成有多層的金屬層33，而這些金屬層33之間則藉由介層窗(via)(未圖示)而互相 連接，以形成金屬內(nèi)連線(metal interconnect)。除了金屬層33之外，堆疊層32內(nèi)還會具 有其他層級。例如，位于堆疊層32上方通常還會形成有彩色濾光片(color filter)，為了 簡化圖式起見，因此未予圖示。在本實(shí)施例中所提及的各個半導(dǎo)體層級，其可以使用傳 統(tǒng)的各種材質(zhì)，因此，各層級的材質(zhì)即不再本說明書中贅述。位于堆疊層32上方形成有多個微透鏡34，其分別對應(yīng)至各光檢測器31。該些 微透鏡34埋置于一(透明)介電層35內(nèi)。介電層35還具有平坦層的功用，用以提供一 平面讓后續(xù)其他元件便于置放。介電層35與堆疊層32之間還可以包含其他的層級。例 如，可以使用平坦(planarization)層、保護(hù)(passivation)層或其他層級，為了簡化圖式起 見，因此未予圖示。雖然本實(shí)施例的影像感測器使用微透鏡34，然而，在其他實(shí)施例中 也可予以省略。
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例特征之一，在介電層35上方形成一晶片層次(chiplevel)的巨 透鏡(maCrolenS)36。所謂“晶片層次”是相對于“模組層次”而言，亦即，巨透鏡36 與影像感測器的其他結(jié)構(gòu)藉由半導(dǎo)體工藝技術(shù)而結(jié)合在一起。本實(shí)施例的巨透鏡36覆蓋 住整個的像素陣列，然而，在其他實(shí)施例中，也可使用多個巨透鏡，每個分別覆蓋像素 陣列的一部分。巨透鏡36為一凸透鏡，可用以將入射光線予以聚焦，使得光線得以大致 垂直入射至光檢測器31的表面。在本實(shí)施例中，巨透鏡36的底面為一平面，而其頂面 則為凸面(例如為球凸面(spherical convex))。然而，在其他實(shí)施例中，巨透鏡36也可 以使用其他種類型的凸透鏡，例如，兩面皆為凸面的凸透鏡。位于巨透鏡36與介電層35 之間還可以包含其他的層級。例如，可以使用平坦層、保護(hù)層或其他層級，為了簡化圖 式起見，因此未予圖示。藉由使用晶片層次的巨透鏡36，得以將入射光線進(jìn)一步聚焦，得以避免傳統(tǒng)影 像感測器(例如圖2所示)中，邊緣區(qū)域的照射光線受到金屬線的偏折衰減問題。藉此， 使其整個像素陣列具有一致的光均勻度。本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)可以有效解決上述的偏折衰減 問題，且其結(jié)構(gòu)簡單，不需使用傳統(tǒng)復(fù)雜的工藝或影像處理方法。本實(shí)施例還使用一模組層次凸透鏡37，如傳統(tǒng)影像感測器(圖1、圖2所示)所 使用者。該模組層次凸透鏡37是藉由封裝技術(shù)(而非半導(dǎo)體工藝技術(shù))而與影像感測器 其他結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合的。通常，模組層次凸透鏡37與影像感測器的上表面(亦即晶片層次 的巨透鏡36的上表面)之間大約有數(shù)毫米的距離。傳統(tǒng)影像感測器的光線偏折衰減問題 可藉由本實(shí)施例的晶片層次的巨透鏡36予以解決。雖然本實(shí)施例使用了模組層次凸透鏡 37，然而，在其他實(shí)施例中，也可予以省略。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限 制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè) 的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許 更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā) 明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技 術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其特征在于其包含一半導(dǎo)體基底，其內(nèi)具有多個光檢測器；一堆疊層，位于該半導(dǎo)體基底上方，該堆疊層內(nèi)形成有多個金屬層；以及一晶片層次的巨透鏡，形成于該堆疊層上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其特征在于其中上述 的影像感測器為互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體感測器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其特征在于其中上述 的光檢測器包含光電二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其特征在于其更包含 介層窗，連接于該金屬層之間，以形成金屬內(nèi)連線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像感測器，其特征在于其中上述的堆疊層內(nèi)更包含彩色濾 光片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其特征在于其更包含 多個微透鏡，形成于該堆疊層上方，分別對應(yīng)至各該光檢測器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其特征在于其更包含 一介電層，其埋置該微透鏡。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其特征在于其中上述 的巨透鏡覆蓋該多個光檢測器所形成的像素陣列的至少一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其特征在于其中上述 的巨透鏡的底面為一平面，其頂面為一凸面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，其特征在于其更包 含一模組層次的凸透鏡，位于該巨透鏡的上方。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種具有晶片層次的巨透鏡的影像感測器，至少包含半導(dǎo)體基底、堆疊層及晶片層次的巨透鏡(macrolens)。其中，半導(dǎo)體基底內(nèi)具有多個光檢測器。堆疊層位于半導(dǎo)體基底上方，其內(nèi)形成有多個金屬層。晶片層次的巨透鏡形成于堆疊層上方，用以聚焦入射光線，使得整個像素陣列得以有效且簡便地達(dá)到一致的光均勻度。
文檔編號H01L27/146GK102013430SQ200910171678
公開日2011年4月13日 申請日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者張宇軒 申請人:英屬蓋曼群島商恒景科技股份有限公司