CN107452762A - 一种图像传感器感光结构及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图像传感器感光结构及其制作方法，其特征在于，所述感光结构包括镀膜单元、微型透镜以及感光元件，所述感光元件位于所述微型透镜的正下方，用于接收透过微型透镜的入射光，所述微型透镜的上方覆盖镀膜单元，所述镀膜单元包括至少一种镀膜层；其中，入射光依次经过镀膜单元和微型透镜进入所述感光元件中。本发明提供的一种图像传感器感光结构在微型透镜上沉积镀膜单元，可以增加微型透镜的透射率，增加图像传感器的灵敏度；可以减少微型透镜表面的散射，消除光的散射对相邻像素的影响；可以不借助彩色滤光片和镜头镀膜，利用微型透镜表面镀膜来限制特定入射光波长，增加微型透镜的功能性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺领域，具体涉及一种图像传感器感光结构及其制作方法。
背景技术
近年来，先进的工艺制程在减少图像传感器像素尺寸和增加像素总数方面卓有成效，但图像传感器的灵敏度随着像素尺寸的缩小而减小了。片上微型透镜阵列(on-chipmicrolens array，OMA)于1983年在IT电荷耦合器件图像传感器中首次使用。每一个像素上都有一个微型透镜，OMA可以将入射光汇聚在感光元件上增加光子收集效率。在现阶段的图像传感器中，可以通过增加微型透镜阵列来弥补图像传感器的灵敏度减小缺陷。
然而，微型透镜阵列的精密程度远远不如独立的光学镜头。这将致使偏轴的入射光在微型透镜阵列表面发生折射或散射，从而使得入射光进入到相邻像素对应的微型透镜上，从而造成杂光入射；同时现有技术中的微型透镜阵列感光波段较宽。总之，现有技术中含有微型透镜阵列的图像传感器会存在以下两方面的问题：
(1)在电荷耦合器件传感器上，杂光射入邻近像素会致使在图像中的高对比度边缘产生高光溢出(Blooming)；
(2)半导体图像传感器的感光波段比人眼要宽，大多数图像传感器可以在可见光范围外感光，这些不可见光主要为红外光(IR)和紫外光(UV)，他们折射率差异较大，容易在图像边缘产生色散。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种图像传感器感光结构及其制作方法，该感光结构可以增加微型透镜的透射率、减少表面反射和散射、截止部分波段，提高成像质量。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术手段：一种图像传感器感光结构，包括镀膜单元、微型透镜以及感光元件，所述感光元件位于所述微型透镜的正下方，用于接收透过微型透镜的入射光，所述微型透镜的上方覆盖镀膜单元，所述镀膜单元包括至少一种镀膜层；其中，入射光依次经过镀膜单元和微型透镜进入所述感光元件中。
进一步地，还包括彩色滤光片，所述彩色滤光片位于微型透镜和感光元件之间。
进一步地，所述镀膜单元为波长截止镀膜单元或增透镀膜单元。
进一步地，所述波长截止镀膜单元为红外截止镀膜单元或紫外截止镀膜单元或可见光波长截止镀膜单元。
进一步地，所述红外截止镀膜单元由高折射率镀膜层和低折射率镀膜层交替堆叠而成。
进一步地，所述高折射率镀膜层的材料选自二氧化钛、五氧化三钛、二氧化锆、五氧化二钽、五氧化二铌或H4混合物中的一种或几种。
进一步地，所述低折射率镀膜层的材料选自二氧化硅或二氟化镁中的一种或两种。
一种图像传感器感光结构的制作方法，包括以下步骤：
S01：制作位于感光元件上方的透镜基片；
S02：在上述透镜基片上沉积介质层，通过图形化和热熔得到位于透镜基片上的微型透镜；
S03：在上述微型透镜上沉积镀膜单元。
进一步地，步骤S02中介质层为树脂材料层，得到位于透镜基片上的微型透镜的方法具体为：
S0201：在透镜基片上旋涂树脂材料层，
S0202：在树脂材料层上溅射金属层；
S0203：在上述金属层上旋涂光刻胶；
S0204：曝光显影之后得到预设的图形；
S0205：腐蚀裸露出来的金属层，并刻蚀掉光刻胶和裸露出来的树脂材料层；
S0206：腐蚀剩余的金属层，并热熔树脂材料层，得到微型透镜。
一种图像传感器的感光系统，包括镀膜单元、微型透镜阵列以及感光元件阵列，所述微型透镜阵列由微型透镜排列组成，所述感光元件阵列由感光元件排列组成，并且感光元件与微型透镜一一对应，所述微型透镜阵列的上方覆盖镀膜单元，所述镀膜单元包括至少一种镀膜层；其中，入射光依次经过镀膜单元、微型透镜阵列进入所述感光元件阵列中，每个微型透镜及其对应的感光元件生成一个像素。
本发明的有益效果为：在微型透镜上沉积镀膜单元，可以增加微型透镜的透射率，增加图像传感器的灵敏度；可以减少微型透镜表面的散射，消除光的散射对相邻像素的影响；可以不借助彩色滤光片和镜头镀膜，利用微型透镜阵列表面镀膜来限制特定入射光波长，增加微型透镜的功能性。
附图说明
图1为本发明一种图像传感器感光结构示意图。
图2为本发明一种图像传感器的感光系统示意图。
图3为本发明一种图像传感器感光结构的制作方法示意图。
图中：1感光元件，2透镜基片，3微型透镜，4镀膜单元。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种图像传感器感光结构，包括镀膜单元4、微型透镜3以及感光元件1，所述感光元件1位于微型透镜3的正下方，用于接收透过微型透镜3的入射光，微型透镜3的上方覆盖镀膜单元4，镀膜单元4包括至少一种镀膜层；其中，入射光依次经过镀膜单元4和微型透镜3进入感光元件1中。
镀膜单元可以为波长截止镀膜单元或增透镀膜单元，其中，波长截止镀膜单元为红外截止镀膜单元或紫外截止镀膜单元或可见光波长截止镀膜单元，红外截止镀膜单元可以限制红外光的入射，紫外截止镀膜单元可以限制紫外光的入射，可见光波长截止镀膜单元可以限制某个固定波段的可见光的入射。增透镀膜单元可以增加微型透镜阵列的透射率，增加图像传感器的灵敏度。当然，镀膜单元的种类不限于上述几种，根据实际生产需求，任何可以满足生产需求的镀膜单元都适用于本发明。
镀膜单元由至少一层镀膜层交替堆叠而成，当镀膜层多于一种时，对应的镀膜单元均由折射率相对较高的镀膜层和折射率相对较低的镀膜层交替堆叠而成。以红外截止镀膜单元为例，红外截止镀膜单元由高折射率镀膜层和低折射率镀膜层堆叠而成，其中，高折射率镀膜层的材料选自二氧化钛、五氧化三钛、二氧化锆、五氧化二钽、五氧化二铌和H4混合物中的一种或几种，其中，H4为默克公司开发的一种具有高折射率地吸收率的镀膜靶材，主要成分有钛化合物和镧化合物等。低折射率镀膜层的材料选自二氧化硅、二氟化镁中的一种或两种。同理，其余种类的镀膜单元也均有高折射率镀膜层和低折射率镀膜层交替堆叠而成。
如图2所示，本发明提供的一种像传感器感光系统，由上述图像传感器感光结构组成，包括镀膜单元4、微型透镜阵列以及感光元件阵列，微型透镜阵列由微型透镜3组成，感光元件阵列由感光元件1组成，且每个微型透镜3对应一个感光元件1，每个微型透镜3和感光元件1对应一个像素。微型透镜阵列的上方覆盖镀膜单元4，镀膜单元4包括至少一种镀膜层。其中，入射光依次经过镀膜单元、微型透镜阵列进入感光元件阵列中，即入射光经过一个微型透镜3和其对应的感光元件1，生成一个像素。其中，感光元件为光电二极管等用于感光的器件，并且当图像传感器用于彩色照片处理时，微型透镜阵列和感光元件之间可以设置彩色滤光片，并且彩色滤光片根据其滤光效果，可以按照拜耳阵列排布，但不限于拜耳阵列的排布方式。因为每个感光元件对应图像传感器中的一个像点，由于感光元件智能感应光的强度，无法捕捉色彩信息，因此彩色传感器必须在感光元件上方覆盖彩色滤光片。
微型透镜可以将经过镀膜单元的入射光汇聚在感光元件上，从而增加光子收集效率，因此，每个像素对应一个微型透镜，所有的微型透镜阵列按照图像传感器中像素接收位置排列起来，共同组成微型透镜阵列，微型透镜阵列中的所有微型透镜呈半球状，且球形的中心正对感光元件中心。
由上述感光结构组成的图像传感器感光系统，微型透镜阵列上方的镀膜单元由至少一层镀膜层交替堆叠而成，当镀膜层多于一种时，对应的镀膜单元均由折射率相对较高的镀膜层和折射率相对较低的镀膜层交替堆叠而成。
本发明提供的一种图像传感器感光结构，可以增加微型透镜的透射率，增加图像传感器的灵敏度；可以减少微型透镜表面的散射，消除光的散射对相邻像素的影响；可以不借助彩色滤光片和镜头镀膜，利用微型透镜阵列表面镀膜来限制特定入射光波长，增加微型透镜的功能性。
如图2所示，本发明提供的一种图像传感器感光结构的制作方法，包括以下步骤：
S01：制作位于感光元件上方的透镜基片。
其中，具体步骤包括：
S0101：对位于感光元件上方的透镜基片进行清洗，去除透镜基片表面吸附的灰尘和油脂。
S0102：烘干上述透镜基片，去除透镜基片上部引入的水分和易挥发物质。
S02：在上述透镜基片上沉积介质层，通过图形化和热熔得到位于透镜基片上的微型透镜；
其中，介质层选用熔点比光刻胶更高的材料，可以为树脂材料层，例如PMMA膜，以下以PMMA膜为例，具体步骤包括：
S0201：在透镜基片上旋涂PMMA膜，
S0202：在PMMA膜上溅射金属层；
S0203：在上述金属层上旋涂光刻胶；
S0204：曝光显影之后得到预设的图形；
S0205：腐蚀裸露出来的金属层，并刻蚀掉光刻胶和裸露出来的PMMA膜；
S0206：腐蚀剩余的金属层，并热熔PMMA膜，通过控制热熔的温度和时间得到微型透镜。
S03：在上述微型透镜上沉积镀膜单元。其中，先根据实际需要，设计具有不同折射率的镀膜单元，并确定镀膜单元中各个镀膜层的材质以及其排布情况。再在真空条件下，通过物理气相沉积技术(Physical Vapor Deposition,PVD)，使镀膜单元中的各个镀膜层依次均匀沉积在微型透镜阵列上，最终形成镀膜单元。
本发明在制作微型透镜的过程中还可以采用如下方法：
T01：制作位于感光元件上方的透镜基片；
T02：依据光刻胶的折射率和所需设计微透镜的尺寸，计算得到光刻胶的厚度，进而在透镜基片上旋涂正性光刻胶；
T03：利用紫外曝光设备和掩膜板对透镜基片及光刻胶进行完全曝光；
T03：热熔成型，加热使得上述光刻胶形成半球表面结构的微透镜。
其中，正性光刻胶材料为AZ4620、AZ1500、AZ GXR601或AZ9260正性光刻胶材料。透镜基片为硅片、石英或镀氧化铟锡石英。
本发明中图像传感器感光系统的制作方法同上，在制作过程中，将微型透镜和感光元件组合成阵列，同时完成其阵列的制作，得到的微型透镜阵列之后在其上方沉积镀膜单元，其中，镀膜单元如上述实施例所述，在此，不做详细说明。
本发明中物理气相沉积技术选用真空蒸镀、磁控溅射、离子镀中的一种，当然，现有技术中的所有物理气相沉积技术均可达到本发明中形成镀膜单元的目的。本发明采用真空条件下的物理气相沉积技术可以精确地控制镀膜单元中各个镀膜层的厚度。
以上所述仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用于限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种图像传感器感光结构，其特征在于，包括镀膜单元、微型透镜以及感光元件，所述感光元件位于所述微型透镜的正下方，用于接收透过微型透镜的入射光，所述微型透镜的上方覆盖镀膜单元，所述镀膜单元包括至少一种镀膜层；其中，入射光依次经过镀膜单元和微型透镜进入所述感光元件中。
2.根据权利要求1所述的一种图像传感器感光结构，其特征在于，还包括彩色滤光片，所述彩色滤光片位于微型透镜和感光元件之间。
3.根据权利要求1所述的一种图像传感器感光结构，其特征在于，所述镀膜单元为波长截止镀膜单元或增透镀膜单元。
4.根据权利要求3所述的一种图像传感器感光结构，其特征在于，所述波长截止镀膜单元为红外截止镀膜单元或紫外截止镀膜单元或可见光波长截止镀膜单元。
5.根据权利要求4所述的一种图像传感器感光结构，其特征在于，所述红外截止镀膜单元由高折射率镀膜层和低折射率镀膜层交替堆叠而成。
6.根据权利要求5所述的一种图像传感器感光结构，其特征在于，所述高折射率镀膜层的材料选自二氧化钛、五氧化三钛、二氧化锆、五氧化二钽、五氧化二铌或H4混合物中的一种或几种。
7.根据权利要求5所述的一种图像传感器感光结构，其特征在于，所述低折射率镀膜层的材料选自二氧化硅或二氟化镁中的一种或两种。
8.一种制作权利要求1所述的图像传感器感光结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S01：制作位于感光元件上方的透镜基片；
S02：在上述透镜基片上沉积介质层，通过图形化和热熔得到位于透镜基片上的微型透镜；
S03：在上述微型透镜上沉积镀膜单元。
9.根据权利要求8所述一种图像传感器感光结构的制作方法，其特征在于，步骤S02中介质层为树脂材料层，得到位于透镜基片上的微型透镜的方法具体为：
S0201：在透镜基片上旋涂树脂材料层，
S0202：在树脂材料层上溅射金属层；
S0203：在上述金属层上旋涂光刻胶；
S0204：曝光显影之后得到预设的图形；
S0205：腐蚀裸露出来的金属层，并刻蚀掉光刻胶和裸露出来的树脂材料层；
S0206：腐蚀剩余的金属层，并热熔树脂材料层，得到微型透镜。
10.一种由权利要求1所述的感光结构组成的图像传感器的感光系统，其特征在于，包括镀膜单元、微型透镜阵列以及感光元件阵列，所述微型透镜阵列由微型透镜排列组成，所述感光元件阵列由感光元件排列组成，并且感光元件与微型透镜一一对应，所述微型透镜阵列的上方覆盖镀膜单元，所述镀膜单元包括至少一种镀膜层；其中，入射光依次经过镀膜单元、微型透镜阵列进入所述感光元件阵列中，每个微型透镜及其对应的感光元件生成一个像素。
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| CN (1) | CN107452762A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2017
- 2017-08-22 CN CN201710722434.6A patent/CN107452762A/zh active Pending
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