本發(fā)明涉及一種影像感測器以及其制作方法，尤其是涉及一種具有連續(xù)式微透鏡的影像感測器以及其制作方法。

背景技術(shù)：

隨著電腦和通訊工業(yè)的發(fā)展，高效率的影像感測器的需求也隨之增加，影像感測器可應用在各種領(lǐng)域，例如數(shù)字相機、攝錄像機、個人通訊系統(tǒng)、游戲元件、監(jiān)視器、醫(yī)療用的微相機、機器人等。

在傳統(tǒng)的影像感測器中，各像素區(qū)設置有互相分離的微透鏡用以于各像素區(qū)形成聚光效果。然而，此種互相分離的微透鏡雖然制作上較容易且可適用的像素區(qū)大小范圍較廣，但卻有量子效應(quantumefficiency)較低的缺點而影響到影像感測器的表現(xiàn)。因此，目前也有使用連續(xù)式微透鏡(continuousmicrolens)來提升量子效應?？上У氖?，為了形成各像素區(qū)所對應的微透鏡彼此相連的連續(xù)式微透鏡，當像素區(qū)相對較大時(例如大于3微米時)，連續(xù)式微透鏡因受限于無法拱高，故各像素區(qū)所對應的微透鏡的曲率半徑會過大而使得入射光無法有效聚焦于感光二極管上。也就是說，在這樣的狀況下，連續(xù)式微透鏡無法應用在像素區(qū)較大的影像感測器中，使得利用連續(xù)式微透鏡來提升影像感測器的效能的方法在設計上受到了限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種影像感測器以及其制作方法，利用連續(xù)式微透鏡的上子透鏡與另一下子透鏡搭配在較短的距離內(nèi)形成兩階段的聚光效果而使入射光聚焦至感光單元上，因此使得連續(xù)式微透鏡的應用可不受限于對應的像素區(qū)大小，進而可利用連續(xù)式微透鏡來提升量子效應。此外，由于下子透鏡與感光單元之間的距離較短，故可使得感光靈敏度與均勻性獲得提升，而通過下子透鏡也可使對應設置的彩色濾光層的穿透率獲得提升。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，本發(fā)明提供了一種影像感測器，包括一基底、一連續(xù)式微透鏡以及多個下子透鏡?；装ǘ鄠€像素區(qū)以及多個感光單元，各感光單元設置于一個像素區(qū)中。連續(xù)式微透鏡設置于基底上，連續(xù)式微透鏡包括多個上子透鏡，該多個上子透鏡彼此相連，且各上子透鏡與一個感光單元對應設置。下子透鏡設置于連續(xù)式微透鏡與基底之間，各下子透鏡與一個上子透鏡以及一個感光單元對應設置，該多個下子透鏡彼此互相分離，且下子透鏡小于上子透鏡。

根據(jù)本發(fā)明的一實施例，本發(fā)明提供了一種影像感測器的制作方法，包括下列步驟。提供一基底，基底包括多個像素區(qū)以及多個感光單元，各感光單元設置于一個像素區(qū)中。在基底上形成多個下子透鏡，各下子透鏡與一個感光單元對應形成，且該多個下子透鏡彼此互相分離。在下子透鏡上方形成一連續(xù)式微透鏡，連續(xù)式微透鏡包括多個上子透鏡，該多個上子透鏡彼此相連，各上子透鏡與一個感光單元以及一個下子透鏡對應形成，且下子透鏡小于上子透鏡。

附圖說明

圖1為本發(fā)明第一實施例的影像感測器的示意圖；

圖2為沿圖1中剖線a-a’所繪示的剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明第一實施例的影像感測器的上子透鏡、下子透鏡以及像素區(qū)的相對大小示意圖；

圖4至圖6為本發(fā)明第一實施例的影像感測器的下子透鏡的制作方法示意圖，其中

圖5為圖4之后的制作方法示意圖；以及

圖6為了圖5之后的制作方法示意圖；

圖7至圖9為本發(fā)明第一實施例的影像感測器的連續(xù)式微透鏡的制作方法示意圖，其中

圖8為圖7之后的制作方法示意圖；以及

圖9為圖8之后的制作方法示意圖；

圖10為本發(fā)明第一實施例的影像感測器的制作方法所使用的灰階光掩模的示意圖；

圖11為本發(fā)明第二實施例的影像感測器的示意圖。

主要元件符號說明

10基底

11感光單元

12隔離結(jié)構(gòu)

13介電層

20第一光敏材料層

20p第一圖案

30彩色濾光層

30u濾光單元

41第一平坦層

42第二平坦層

50第二光敏材料層

50p第二圖案

91a第一曝光制作工藝

91b第二曝光制作工藝

92a第一熱處理

92b第二熱處理

101、102影像感測器

c1第一頂點

c2第二頂點

cm連續(xù)式微透鏡

cs1第一凸拱表面

cs2第二凸拱表面

gtm灰階光掩模

l入射光

m1下子透鏡

m2上子透鏡

px像素區(qū)

z垂直投影方向

具體實施方式

請參閱圖1至圖3。圖1所繪示為本發(fā)明第一實施例的影像感測器的示意圖，圖2為沿圖1中剖線a-a’所繪示的剖面示意圖，而圖3所繪示為本實施例的影像感測器的上子透鏡、下子透鏡以及像素區(qū)的相對大小示意圖。如圖1與圖2所示，本實施例提供一影像感測器101，包括一基底10、一連續(xù)式微透鏡cm以及多個下子透鏡m1?；?0包括多個像素區(qū)px以及多個感光單元11，各像素區(qū)px排列成一陣列結(jié)構(gòu)，而各感光單元11設置于一個像素區(qū)px中。在本實施例中，基底10可包括例如一硅基底、一含硅(silicon-containing)基底、一三五族覆硅(iii-vgroup-on-silicon)基底例如氮化鎵覆硅(gan-on-silicon)基底、一石墨烯覆硅基底(graphene-on-silicon)或一硅覆絕緣(silicon-on-insulator，soi)基底等，而基底10中除了上述的感光單元11外，也可設置有隔離結(jié)構(gòu)12與介電層13，隔離結(jié)構(gòu)12可用以隔離各像素區(qū)px的感光單元11，避免噪聲(noise)的產(chǎn)生。感光單元11可為感光元件的一感測區(qū)域例如一光電二極管(photodiode)，而上述的感光元件可包括例如電荷耦合元件(charge-coupleddevice，ccd)、互補式金屬氧化物半導體影像感測器(cmosimagesensor，cis)、主動式像素感測器(active-pixelsensor，api)、被動式像素感測器(passive-pixelsensor，ppi)或其他適合的感光元件。此外，基底10中也可視需要設置內(nèi)連線結(jié)構(gòu)(未繪示)，但并不以此為限。

在本實施例中，連續(xù)式微透鏡cm設置于基底10上，連續(xù)式微透鏡cm包括多個上子透鏡m2，各上子透鏡m2彼此相連，且各上子透鏡m2與一個感光單元11對應設置。下子透鏡m1設置于連續(xù)式微透鏡cm與基底10之間，各下子透鏡m1與一個上子透鏡m2以及一個感光單元11對應設置，各下子透鏡m1彼此互相分離，且下子透鏡m1小于上子透鏡m2。更進一步說明，在本實施例的影像感測器101中，連續(xù)式微透鏡cm中的一個上子透鏡m2優(yōu)選與一個下子透鏡m1以及對應像素區(qū)px中的感光單元11于一垂直投影方向z上互相重疊。上子透鏡m2于垂直投影方向z上的投影面積大于下子透鏡m1于垂直投影方向z上的投影面積。舉例來說，如圖3所示，上子透鏡m2于垂直投影方向z上的投影面積可約為像素區(qū)px的面積的1.4倍，而下子透鏡m1于垂直投影方向z上的投影面積可約為像素區(qū)px的面積的55％至75％，但并不以此為限。上述的像素區(qū)px的面積可為被隔離結(jié)構(gòu)12所定義出的開口區(qū)域大小，但并不以此為限。在本實施例中，上子透鏡m2與下子透鏡m1于垂直投影方向z上的形狀可均為圓形，但并不以此為限。在本發(fā)明的其他實施例中，也可視需要調(diào)整上子透鏡m2或/及下子透鏡m1于垂直投影方向z上的形狀。此外，本實施例的上子透鏡m2以及下子透鏡m1的材料可包括有機材料或其他適合的透光材料。

如圖2所示，在本實施例中，各上子透鏡m2與各下子透鏡m1均為朝上凸起的透鏡，故下子透鏡m1的凸起方向與上子透鏡m2的凸起方向相同。此外，下子透鏡m1的曲率半徑小于上子透鏡m2的曲率半徑，因此可使得入射光l穿過上子透鏡m2之后還可被下子透鏡m1形成更進一步的聚光效果。也就是說，利用連續(xù)式微透鏡cm的上子透鏡m2與相對來說具有較小曲率半徑的下子透鏡m1搭配，可在相對較短的距離內(nèi)形成兩階段的聚光效果，由此使入射光l在特定的有限距離的內(nèi)聚焦至感光單元11上。通過本發(fā)明的設計，可使得即使當連續(xù)式微透鏡cm為了對應較大的像素區(qū)px而使得各上子透鏡m2的曲率半徑變大時，仍可通過曲率半徑較小的下子透鏡m1提供進一步的聚光效果，故本發(fā)明的設計可使連續(xù)式微透鏡cm的應用不受限于對應的像素區(qū)px的大小，由此可利用連續(xù)式微透鏡cm來達到提升量子效應(quantumefficiency)的目的。

此外，如圖2所示，本實施例的影像感測器101可還包括一彩色濾光層30以及一第一平坦層41。彩色濾光層30與第一平坦層41設置于連續(xù)式微透鏡cm以及下子透鏡m1之間，第一平坦層41設置于彩色濾光層30上，而連續(xù)式微透鏡cm設置于第一平坦層41上。在本實施例中，彩色濾光層30直接接觸且覆蓋各下子透鏡m1的凸拱表面(例如圖2所示的第一凸拱表面cs1)，故下子透鏡m1的第一凸拱表面cs1上的頂點處所對應的彩色濾光層30的厚度會小于彩色濾光層30其他部分的厚度，而在此設計下可使得彩色濾光層30的穿透率獲得提升。此外，彩色濾光層30可包括多個濾光單元30u分別對應各像素區(qū)px設置，各濾光單元30u可包括不同顏色的濾光單元，例如常見的紅色濾光單元、綠色濾光單元以及藍色濾光單元，但并不以此為限。此外，在本實施例的影像感測器101中，由于下子透鏡m1設置于彩色濾光層30之下，故下子透鏡m1與感光單元11之間的距離相對較短，進而可使得影像感測器101的感光靈敏度(sensitivity)與均勻性獲得提升。

請參閱圖4至圖10，并請一并參閱圖2。圖4至圖6所繪示為本實施例的影像感測器101的下子透鏡m1的制作方法示意圖，圖7至圖9所繪示為本實施例的影像感測器101的連續(xù)式微透鏡cm的制作方法示意圖，而圖10所繪示為本實施例的影像感測器的制作方法所使用的灰階光掩模的示意圖。如圖2所示，本實施例提供一種影像感測器101的制作方法，包括下列步驟。首先，提供基底10，基底10包括多個像素區(qū)px以及多個感光單元11，各感光單元11設置于一個像素區(qū)px中。然后，在基底10上形成多個下子透鏡m1，各下子透鏡m1與一個感光單元11對應形成，且各下子透鏡m1彼此互相分離。之后，在下子透鏡m1上方形成一連續(xù)式微透鏡cm，連續(xù)式微透鏡cm包括多個上子透鏡m2，各上子透鏡m2彼此相連，各上子透鏡m2與一個感光單元11以及一個下子透鏡m1對應形成，且下子透鏡m1小于上子透鏡m2。

本實施例的下子透鏡m1的形成方式可包括下列步驟。首先，如圖4所示，在基底10上形成一第一光敏材料層20，第一光敏材料層20可包括具有可光圖案化(photopatterning)特性的有機材料或其他適合的具有可光圖案化特性的材料。然后，利用一灰階光掩模gtm進行一第一光刻制作工藝。舉例來說，第一光刻制作工藝可包括一第一曝光制作工藝91a以及一顯影制作工藝，而灰階光掩模gtm可使用在第一曝光制作工藝91a中。如圖4至圖5所示，第一光敏材料層20經(jīng)過第一曝光制作工藝91a以及顯影制作工藝之后可形成多個第一圖案20p。本實施例所使用的灰階光掩模gtm(如圖10所示)可通過狹縫或/及材料的設計使得曝光制作工藝中所使用的光源于灰階光掩模gtm上不同的特定區(qū)域的穿透率產(chǎn)生差異，進而使得所形成的第一圖案20p可具有厚度漸變的梯形邊緣。然后，如圖5至圖6所示，對第一圖案20p進行一第一熱處理92a，以形成互相分離的下子透鏡m1。由于本實施例的下子透鏡m1以第一光敏材料層20經(jīng)由第一光刻制作工藝所形成，故可制造出可搭配不同像素區(qū)大小且可以重工(rework)的下子透鏡m1。此外，第一熱處理92a優(yōu)選一多重熱處理(multiplethermaltreatment)，例如一三重熱處理(triplethermaltreatment)，由此確保下子透鏡m1的形狀達到所需要求且確保下子透鏡m1已充分固化(curing)而可避免在后續(xù)形成的材料層(例如彩色濾光層或/及平坦層)的高溫制作工藝中發(fā)生形狀變化。舉例來說，上述的三重熱處理可包括分別以三種不同的溫度設定(例如160℃、190℃以及220℃)以及對應的處理時間對第一圖案20p先進行形狀的調(diào)整再進行固化，但并不以此為限。

如圖2所示，本實施例的制作方法可還包括于下子透鏡m1上方形成一彩色濾光層30以及一第一平坦層41。彩色濾光層30直接接觸且覆蓋各下子透鏡m1的第一凸拱表面cs1，第一平坦層41設置于彩色濾光層30上。然后，在第一平坦層41形成具有多個互相連接的上子透鏡m2的連續(xù)式微透鏡cm。本實施例的連續(xù)式微透鏡cm的上子透鏡m2的形成方式可包括下列步驟。首先，如圖2與圖7所示，在基底10上(也可視為于第一平坦層41上)形成一第二光敏材料層50。第二光敏材料層50也可包括具有可光圖案化特性的有機材料或其他適合的具有可光圖案化特性的材料。然后，利用灰階光掩模gtm進行一第二光刻制作工藝。舉例來說，第二光刻制作工藝可包括一第二曝光制作工藝91b以及一顯影制作工藝，而灰階光掩模gtm可使用在第二曝光制作工藝91b中。值得說明的是，本實施例的下子透鏡m1與上子透鏡m2可通過同一塊灰階光掩模gtm分別搭配不同曝光條件的第一曝光制作工藝以及第二曝光制作工藝91b來形成，由此達到減少所需光掩模數(shù)量以及降低下子透鏡m1與上子透鏡m2之間對位偏差狀況的效果，但并不以此為限。在本發(fā)明的其他實施例中，也可視需要使用不同的光掩模分別形成下子透鏡m1與上子透鏡m2。

接著，如圖7至圖8所示，第二光敏材料層50經(jīng)過第二曝光制作工藝91b以及顯影制作工藝之后可形成多個第二圖案50p，而同樣通過灰階光掩模gtm所形成的第二圖案50p也具有厚度漸變的梯形邊緣。然后，如圖8至圖9所示，對第二圖案50p進行一第二熱處理92b。第二熱處理92b也可包括一多重熱處理，而通過對于第二熱處理92b的溫度與搭配的時間調(diào)整可于第一平坦層41上形成所需的由互相連接的上子透鏡m2所構(gòu)成的連續(xù)式微透鏡cm。與上述形成下子透鏡的第一熱處理不同的地方在于，第二熱處理92b于進行形狀調(diào)整的第一階段熱處理的時間可相對較長，由此加強各第二圖案50p回流(reflow)的狀況而使得各第二圖案50p彼此相連而形成連續(xù)式微透鏡cm，但并不以此為限。此外，如圖2、圖6以及圖9所示，下子透鏡m1的第一凸拱表面cs1上的第一頂點c1優(yōu)選與上子透鏡m2的第二凸拱表面cs2上的第二頂點c2于垂直投影方向z上互相重疊，藉以確保形成所需的聚光效果，但并不以此為限。

下文將針對本發(fā)明的不同實施例進行說明，且為簡化說明，以下說明主要針對各實施例不同的部分進行詳述，而不再對相同的部分作重復贅述。此外，本發(fā)明的各實施例中相同的元件以相同的標號進行標示，用以方便在各實施例間互相對照。

請參閱圖11。圖11所繪示為本發(fā)明第二實施例的影像感測器102的示意圖。如圖11所示，與上述第一實施例不同的地方在于，影像感測器102可還包括一第二平坦層42設置于彩色濾光層30與下子透鏡m1之間，而第二平坦層42接觸且覆蓋各下子透鏡m1的第一凸拱表面cs1。換句話說，本實施例的影像感測器102的制作方法可還包括于下子透鏡m1上形成第二平坦層42，而彩色濾光層30形成于第二平坦層42上，故彩色濾光層30可具有相對較為一致的厚度分布，由此可提升彩色濾光層30的濾光效果，進而改善影像感測器102的感光靈敏度。

綜上所述，本發(fā)明的影像感測器利用連續(xù)式微透鏡的上子透鏡與下子透鏡搭配形成兩階段的聚光效果，而可在較短的距離內(nèi)使入射光聚焦至感光單元上。通過本發(fā)明的設計可使得連續(xù)式微透鏡的應用不受限于對應的像素區(qū)大小，并利用連續(xù)式微透鏡來提升量子效應。此外，由于下子透鏡與感光單元之間的距離較短，故可使感光靈敏度與均勻性獲得提升，而通過彩色濾光層覆蓋且接觸下子透鏡也可使彩色濾光層的穿透率獲得提升。在制作方法的部分，可使用有機的光敏材料層搭配同一個灰階光掩模分別進行不同條件的曝光制作工藝來形成連續(xù)式微透鏡的上子透鏡以及互相分離的下子透鏡，并搭配多重熱處理來確保上子透鏡或/及下子透鏡的形狀與固化程度。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，都應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。