圖像傳感器及具有該圖像傳感器的電子裝置的制造方法
【專利說明】圖像傳感器及具有該圖像傳感器的電子裝置
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求分別于2014年8月22日和2015年4月6日提交的申請?zhí)枮?0-2014-0109587和10-2015-0048436的韓國專利申請的優(yōu)先權，其全部內容通過引用合并于此。
技術領域
[0003]本發(fā)明的示例性實施例涉及一種半導體器件制造技術，更具體地，涉及一種包括具有多層階梯結構的聚光構件的圖像傳感器，以及一種具有該圖像傳感器的電子裝置。
【背景技術】
[0004]圖像傳感器是指將光學圖像轉換為電信號的裝置。近來，由于計算機工業(yè)和通信工業(yè)的發(fā)展，對具有改進性能的圖像傳感器的需求在諸如數(shù)字相機、攝影機、PCS(個人通信系統(tǒng))、游戲機、安防攝影機、醫(yī)療微型攝影機和機器人等各種領域中均已增加。

【發(fā)明內容】

[0005]各種實施例針對一種具有改進性能的圖像傳感器，以及一種具有該圖像傳感器的電子裝置。
[0006]在實施例中，一種圖像傳感器可以包括:基板，其包括光電轉換元件；像素透鏡，其形成在基板之上并包括多個聚光層，在所述多個聚光層中下部層具有比上部層更大的面積；濾色層，其覆蓋像素透鏡；以及抗反射結構，其形成在濾色層之上。圖像傳感器還可以包括聚焦層，其提供在光電轉換元件與像素透鏡之間。而且，圖像傳感器還可以包括抗反射層，其形成在像素透鏡之上。
[0007]聚焦層可以具有比像素透鏡更大的折射率。聚焦層可以具有與像素透鏡相同的面積或更大的面積。像素透鏡與光電轉換元件之間的焦距可以與聚焦層的厚度成反比。像素透鏡可以具有多層階梯結構。由上部層暴露的下部層可以具有比入射光的波長小的寬度。由上部層暴露的下部層可以具有比其色彩通過濾色層分離的入射光的波長小的寬度。多個聚光層可以具有相同形狀且彼此平行布置。上部層可以具有與下部層相同的厚度或比下部層小的厚度。上部層可以具有與下部層相同的折射率或比下部層小的折射率。濾色層可以覆蓋像素透鏡的整個表面，并具有平坦頂表面。濾色層可以具有比像素透鏡更小的折射率。抗反射結構可以包括抗反射層或半球形透鏡。
[0008]在實施例中，一種電子裝置可以包括:光學系統(tǒng)；圖像傳感器，其適用于從光學系統(tǒng)接收光并包括像素陣列，在所述像素陣列中多個單位像素以矩陣形狀布置；以及信號處理單元，其適用于處理從圖像傳感器輸出的信號。每個單位像素可以包括:基板，其包括光電轉換元件；像素透鏡，其形成在基板之上并包括多個聚光層，在所述多個聚光層中下部層具有比與上部層更大的面積；濾色層，其覆蓋像素透鏡；以及抗反射結構，其形成在濾色層之上。電子裝置還可以包括聚焦層，其提供在光電轉換元件與像素透鏡之間。
[0009]聚焦層可以具有比像素透鏡更大的折射率。濾色層可以具有比像素透鏡更小的折射率。像素透鏡與光電轉換元件之間的焦距可以與聚焦層的厚度成反比。由上部層暴露的下部層可以具有比入射光的波長小的寬度。
【附圖說明】
[0010]圖1為示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的框圖。
[0011]圖2A為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的單位像素的剖面圖。
[0012]圖2B為示出本發(fā)明另一實施例的剖面圖。
[0013]圖3A至圖3C為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的聚焦層和像素透鏡的透視圖。
[0014]圖4A至圖4D為根據(jù)本發(fā)明實施例的在聚焦層中的抗反射層和像素透鏡的剖面圖。
[0015]圖5為簡要示出包括根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的電子裝置的示圖。
【具體實施方式】
[0016]以下將參照附圖詳細地描述各種實施例。然而，本發(fā)明可以不同形式體現(xiàn)，且不應被理解為限于文中所闡述的實施例。更切地說，提供這些實施例以使本公開全面且完整，并向本領域技術人員充分傳達本發(fā)明的范圍。貫穿本公開，相同的參考標記在本發(fā)明的各種示圖和實施例中指示相同的部分。
[0017]附圖不必成比例，且在某些實例中，比例可以經(jīng)放大以清楚例示實施例的特征。當?shù)谝粚颖环Q為在第二層“上”或在基板“上”時，不僅是指第一層直接形成在第二層或基板上的情況，而且是指第三層存在于第一層與第二層或基板之間的情況。
[0018]本發(fā)明的實施例提供一種具有改進性能的圖像傳感器，以及一種具有該圖像傳感器的電子裝置。當單位像素中的聚光效率改進時，圖像傳感器的性能相應地改進。一般來說，圖像傳感器可以包括多個單位像素。每個單位像素可以包括半球型微透鏡(ML)，其安裝在光電轉換元件之上。通過微透鏡，入射光可以被會聚并被傳輸?shù)焦怆娹D換元件中。單位像素的聚光效率可以取決于微透鏡的質量?？梢愿鶕?jù)微透鏡與光電轉換元件之間的焦距來控制聚光效率。
[0019]在常規(guī)微透鏡中，微透鏡與光電轉換元件之間的焦距可能在改變微透鏡的曲率的工藝期間改變。因此，不容易控制焦距。
[0020]可以通過回流透鏡形成材料(例如光刻膠(resist))的工藝形成微透鏡。在這樣的工藝中，難以形成具有所需曲率的半球形。此外，由于微透鏡形成在濾色層之上，因此適用材料受到限制。此外，回流工藝可能需要高成本、可能僅形成為半球形，并且在形成具有對稱和均勾形狀的微透鏡中可能有困難。這可能增加串擾(crosstalk)。
[0021]本發(fā)明的下列實施例提供一種在單位像素中具有改進的聚光效率的圖像傳感器，以及一種具有該圖像傳感器的電子裝置。對于這種結構，每個單位像素可以包括像素透鏡，其具有形成在光電轉換元件之上的多個聚光層。所述多個聚光層的下部層具有比所述多個聚光層的上部層更大的面積或關鍵尺寸(critical dimens1n，⑶)。因此，像素透鏡可以具有多層階梯結構。具有多層階梯結構的像素透鏡呈現(xiàn)亞波長光學或亞波長效應，并且能夠如同半球形微透鏡那樣會聚入射光。像素透鏡能夠將光有效地會聚在有限面積內。因此，根據(jù)實施例的像素透鏡在提升圖像傳感器的集成中是有利的，并能夠容易地改變焦距。根據(jù)亞波長光學，能夠在小于入射光的一半波長的空間尺度中得到光學效應。
[0022]圖1為示意性例示根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的框圖。
[0023]如圖1中所例示的，根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器可以包括像素陣列100、相關雙米樣(correlated double sampling，CDS) 120、模擬-數(shù)字轉換器(ADC) 130、緩沖器 140、行驅動器150、時序發(fā)生器160、控制寄存器170和斜坡信號發(fā)生器180。像素陣列100可以包括以矩陣形狀布置的多個單位像素110。
[0024]時序發(fā)生器160可以產(chǎn)生用于控制行驅動器150、⑶S 120、ADC 130和斜坡信號發(fā)生器180的一個或更多個控制信號?？刂萍拇嫫?70可以產(chǎn)生用于控制斜坡信號發(fā)生器180、時序發(fā)生器160和緩沖器140的一個或更多個控制信號。
[0025]行驅動器150可以基于行線驅動像素陣列100。例如，行驅動器150可以產(chǎn)生用于選擇多個行線中的任意一個行線的選擇信號。每個單位像素110可以感測入射光并經(jīng)由列線將圖像復位信號和圖像信號輸出到CDS 120。CDS 120可以對圖像復位信號和圖像信號執(zhí)行采樣。
[0026]ADC 130可以將從斜坡信號發(fā)生器180輸出的斜坡信號與從⑶S 120輸出的采樣信號相比較，并輸出比較信號。根據(jù)從時序發(fā)生器160提供的時鐘信號，ADC 130可以計數(shù)比較信號的電平轉換時間，并將計數(shù)值輸出到緩沖器140。斜坡信號發(fā)生器180可以在時序發(fā)生器160的控制下操作。
[0027]緩沖器140可以儲存從ADC 130輸出的多個數(shù)字信號，然后感測并放大數(shù)字信號。因此，緩沖器140可以包括存儲器(未示出)和感測放大器(未示出)。存儲器可以用于儲存計數(shù)值。計數(shù)值與從多個單位像素110輸出的信號相關。感測放大器可以用于感測并放大從存儲器輸出的計數(shù)值。
[0028]在上述圖像傳感器中，每個單位像素可以包括能夠改進聚光效率的像素透鏡。在下文中，將參照附圖詳細說明包括像素透鏡的單位像素。
[0029]圖2A為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的圖像傳感器的單位像素的剖面圖，而圖2B為示出本發(fā)明另一實施例的剖面圖。圖3A至圖3C為示出根