具有無間隙微透鏡的圖像傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體上涉及成像，且更具體來說，本發(fā)明針對具有無間隙微透鏡的高動態(tài)范圍圖像傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器已變得無處不在。圖像傳感器廣泛用于數(shù)碼靜態(tài)相機、蜂窩式電話、監(jiān)控攝像機以及醫(yī)療、汽車及其它應(yīng)用。用于制造圖像傳感器(例如互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器(CIS))的技術(shù)不斷大幅進步。舉例來說，對較高分辨率及較低功耗的需求已鼓勵對這些圖像傳感器的進一步微型化及集成。
[0003]高動態(tài)范圍(HDR)圖像傳感器已變得對許多應(yīng)用有用。一般來說，普通圖像傳感器(包含(例如)電荷耦合裝置(CCD)及CMOS圖像傳感器)具有約70dB動態(tài)范圍的動態(tài)范圍。相比之下，人眼具有高達約10dB的動態(tài)范圍。存在其中具有增加的動態(tài)范圍的圖像傳感器是有益的多種情形。舉例來說，汽車工業(yè)中需要具有大于10dB動態(tài)范圍的動態(tài)范圍的圖像傳感器以處置不同的行駛條件，例如從黑暗的隧道行駛到明亮的日光中。實際上，許多應(yīng)用可能需要具有至少90dB或更高的動態(tài)范圍的圖像傳感器以適應(yīng)從低光條件變化到亮光條件的各種照明情況。
[0004]提供微型化的較高分辨率圖像傳感器的挑戰(zhàn)中的一者為已知圖像傳感器中的微透鏡之間的間隙距離限制了圖像傳感器中的微透鏡的密度。實際上，隨著透鏡之間的間隙變得更小，相鄰微透鏡在回焊過程期間合并在一起的風(fēng)險增加，這降低了良率。因此，維持微透鏡之間的最小間隙距離已導(dǎo)致已知圖像傳感器中的減小的填充因子及較低的量子效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)一個方面，一種圖像傳感器包括:多個光敏裝置，其布置在半導(dǎo)體襯底中；平面層，其安置在所述半導(dǎo)體襯底中的所述多個光敏裝置上；多個第一微透鏡，其由透鏡材料組成且布置在所述平面層上的第一透鏡區(qū)域中；多個透鏡阻隔物，其由所述透鏡材料組成且布置在所述平面層上以提供界定所述平面層上的第二透鏡區(qū)域的邊界；及多個第二微透鏡，其由所述透鏡材料組成且形成在由界定所述平面層上的所述第二透鏡區(qū)域的所述多個透鏡阻隔物提供的所述邊界內(nèi)，其中所述多個透鏡阻隔物在所述多個第二微透鏡的回焊過程之后集成在相應(yīng)第二微透鏡內(nèi)。
[0006]根據(jù)另一方面，一種成像系統(tǒng)包括:像素陣列，其包含布置在半導(dǎo)體襯底中的多個光敏裝置；平面層，其安置在所述半導(dǎo)體襯底中的所述多個光敏裝置上；多個第一微透鏡，其由透鏡材料組成且布置在所述平面層上的第一透鏡區(qū)域中；多個透鏡阻隔物，其由所述透鏡材料組成且布置在所述平面層上以提供界定所述平面層上的第二透鏡區(qū)域的邊界；多個第二微透鏡，其由所述透鏡材料組成且形成在由界定所述平面層上的所述第二透鏡區(qū)域的所述多個透鏡阻隔物提供的所述邊界內(nèi)，其中所述多個透鏡阻隔物在所述多個第二微透鏡的回焊過程之后集成在相應(yīng)第二微透鏡內(nèi)；控制電路，其耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作；及讀出電路，其耦合到所述像素陣列以從所述像素陣列讀出圖像數(shù)據(jù)。
【附圖說明】
[0007]參考附圖描述本發(fā)明的非限制性且非詳盡實施例，其中除非另有指示，否則相同參考數(shù)字貫穿各種視圖指代相同部件。
[0008]圖1為說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含具有無間隙微透鏡的實例HDR圖像傳感器的成像系統(tǒng)的一個實例的圖式。
[0009]圖2為說明根據(jù)本發(fā)明的教示的包含多個光敏裝置的圖像傳感器的HDR像素電路的一個實例的示意圖。
[0010]圖3A說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器中圖案化的多個第一微透鏡及多個透鏡阻隔物的一個實例的俯視圖。
[0011]圖3B說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器中圖案化的多個透鏡阻隔物的實例的橫截面圖。
[0012]圖3C說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器的第一回焊過程之后的多個第一微透鏡及多個透鏡阻隔物的實例的俯視圖。
[0013]圖3D說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器的第一回焊過程之后的多個透鏡阻隔物的實例的橫截面圖。
[0014]圖3E說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在第一多個微透鏡及多個透鏡阻隔物已被回焊之后在實例圖像傳感器中圖案化的多個第二微透鏡的實例的俯視圖。
[0015]圖3F說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器中圖案化的多個第二微透鏡及多個透鏡阻隔物的實例的橫截面圖。
[0016]圖3G說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器的第二回焊過程之后的多個第二微透鏡及多個透鏡阻隔物的實例的俯視圖。
[0017]圖3H說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器的第二回焊過程之后的多個第二微透鏡及多個透鏡阻隔物的實例的橫截面圖。
[0018]圖4A說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器中圖案化的多個第一微透鏡及多個透鏡阻隔物的另一實例的俯視圖。
[0019]圖4B說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器中圖案化的多個透鏡阻隔物的實例的橫截面圖。
[0020]圖4C說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器的第一回焊過程之后的多個第一微透鏡及多個透鏡阻隔物的實例的俯視圖。
[0021]圖4D說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器的第一回焊過程之后的多個透鏡阻隔物的實例的橫截面圖。
[0022]圖4E說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在第一多個微透鏡及多個透鏡阻隔物已被回焊之后在實例圖像傳感器中圖案化的多個第二微透鏡的另一實例的俯視圖。
[0023]圖4F說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器中圖案化的多個第二微透鏡及多個透鏡阻隔物的實例的橫截面圖。
[0024]圖4G說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器的第二回焊過程之后的多個第二微透鏡及多個透鏡阻隔物的實例的俯視圖。
[0025]圖4H說明根據(jù)本發(fā)明的教示的在實例圖像傳感器的第二回焊過程之后的多個第二微透鏡及多個透鏡阻隔物的實例的橫截面圖。
[0026]對應(yīng)的參考字符貫穿圖式的若干視圖指示對應(yīng)組件。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，圖式中的元件是出于簡化及清楚目的而說明且未必按比例繪制。舉例來說，圖式中的元件中的一些的大小可相對于其它元件夸大以幫助改善對本發(fā)明的各種實施例的理解。而且，通常未描繪在可商用實施例中有用或必需的常見但眾所周知的元件以促進對本發(fā)明的這些各種實施例的較不受阻礙的觀察。
【具體實施方式】
[0027]在以下詳細描述中，闡述許多特定細節(jié)以提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將明白不需要采用所述特定細節(jié)來實踐本發(fā)明。在其它情況中，未詳細描述眾所周知的材料或方法以避免使本發(fā)明模糊不清。
[0028]貫穿本說明書對“一個實施例”、“一實施例”、“一個實例”或“一實例”的參考表示結(jié)合所述實施例或?qū)嵗枋龅奶囟ㄌ卣?、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，短語“在一個實施例中”、“在一實施例中”、“一個實例”或“一實例”在貫穿本說明書的各種地方的出現(xiàn)并不一定都是指相同實施例或?qū)嵗４送?，所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可在一或多個實施例或?qū)嵗幸匀魏魏线m組合及/或子組合來組合。特定特征、結(jié)構(gòu)或特性可包含在集成電路、電子電路、組合邏輯電路或提供所描述的功能性的其它合適組件中。此夕卜，應(yīng)了解，本文提供的圖式是出于向所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員解釋的目的且圖式不一定按比例繪制。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的教示的實施例描述具有多個無間隙微透鏡的圖像傳感器。使用根據(jù)本發(fā)明的教示提供的無間隙微透鏡，增大了填充因子且向根據(jù)本發(fā)明的教示的實例圖像傳感器提供了提高的量子效率。在出于解釋目的提供的各種實例中，圖像傳感器為HDR圖像傳感器，其包含光學(xué)耦合到圖像傳感器的短集成光敏裝置的第一多個微透鏡及光學(xué)耦合到圖像傳感器的長集成光敏裝置的第二多個微透鏡。如將在各種實例中描述，根據(jù)本發(fā)明的教示，由透鏡材料制成的多個透鏡阻隔物布置在圖像傳感器的平面層上以提供界定平面層上的第二透鏡區(qū)域的邊界，從而提供無間隙微透鏡。
[0030]為說明，圖1為大體上展示根據(jù)本發(fā)明的教示的包含具有像素110的實例像素陣列102的HDR成像系統(tǒng)100的一個實例的圖式。在一個實例中，像素110可為包含至少短集成光敏裝置及長集成光敏裝置的HDR像素。在一個實例中，與像素的長集成光敏裝置相t匕，每一像素的短集成光敏裝置具有較小的曝光面積及較高的總摻雜濃度。相應(yīng)地，在所描繪的實例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，光學(xué)耦合到短集成光敏裝置的第一多個微透鏡具有小于光學(xué)耦合到長集成光敏裝置的第二多個微透鏡的面積。
[0031]在一個實例中，根據(jù)本發(fā)明的教示，由與第一及第二多個微