双透镜结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明有关于微透镜阵列，特别有关于用在固态影像感测器的具有双透镜结构的微透镜阵列，以及双透镜结构的制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，固态影像感测器的技术已经逐渐发展，并且广泛地在各种影像拍摄设备中使用，例如数码摄影机、数码相机、便携式个人电脑、便携式行动电话以及类似的设备。影像感测器可吸收具有特定波长的入射光，例如可见光、紫外光、红外光或类似的光线，并且产生相应于被吸收的光线的电子信号。以半导体为制造基础的影像感测器可具有多种不同的种类，例如电荷稱合元件(charge coupled device ;CCD)影像感测器，或者互补式金属氧化半导体(complementary metal oxide semiconductor ；CM0S)影像感测器。
[0003]固态影像感测器通常是由含有光感应器(photo-sensor)的像素阵列所组成，在一个独立像素中的每一个光感测器会产生相应于照射在影像感测器的此光感应器上的入射光的电子信号，因此，每一个光感应器所产生的电子信号的大小与照射在此光感应器上的入射光的量成比例关系。
[0004]在固态影像感测器上方会设置微透镜阵列，使得入射光线折射至光感应器上，然而，通常有大量的入射光线并不会直接到达光感应器上，此光线的损失会导致固态影像感测器的灵敏度无法提升。
【发明内容】
[0005]依据本揭示的实施例，提供双透镜结构及其制造方法，此双透镜结构设置在固态影像感测器上方，并且作为固态影像感测器的微透镜阵列，经由此双透镜结构可以改善微透镜阵列聚集光线的效率，进而提升了固态影像感测器的灵敏度。
[0006]在一些实施例中，提供双透镜结构，此双透镜结构包含第一透镜结构，其由具有第一折射率的彩色滤光片层形成。此双透镜结构还包含第二透镜结构，其由具有第二折射率的微透镜层形成，并且第二透镜结构设置在第一透镜结构上。入射光进入第二透镜结构，然后穿透过第一透镜结构，其中彩色滤光片层的第一折射率与微透镜层的第二折射率不同。
[0007]在一些实施例中，该彩色滤光片层的该第一折射率大于该微透镜材料层的该第二折射率，该第一透镜结构具有一第一凸面轮廓表面，该第二透镜结构具有一第二凸面轮廓表面设置在该第一透镜结构的该第一凸面轮廓表面上方，且该入射光从该第二凸面轮廓表面进入该第二透镜结构。
[0008]在一些实施例中，该第二透镜结构更包括与该第二凸面轮廓表面为相反面的一第三凸面轮廓表面，该第三凸面轮廓表面顺应性地形成在该第一透镜结构的该第一凸面轮廓表面上，并且该第三凸面轮廓表面与该第一凸面轮廓表面接触；以及该第一透镜结构更包括与该第一凸面轮廓表面为相反面的一平坦表面。
[0009]在一些实施例中，该彩色滤光片层的该第一折射率低于该微透镜材料层的该第二折射率，该第一透镜结构具有一第一凹面轮廓表面，该第二透镜结构具有一第一凸面轮廓表面设置在该第一透镜结构的该第一凹面轮廓表面上方，该入射光从该第一凸面轮廓表面进入该第二透镜结构。
[0010]在一些实施例中，该第二透镜结构更包括与该第一凸面轮廓表面为相反面的一第二凹面轮廓表面，该第二透镜结构的该第二凹面轮廓表面顺应性地形成在该第一透镜结构的该第一凹面轮廓表面上，并且该第二凹面轮廓表面与该第一凹面轮廓表面接触；以及该第一透镜结构更包括与该第一凹面轮廓表面为相反面的一平坦表面。
[0011]在一些实施例中，更包括一格子状分隔物与该彩色滤光片层设置在一相同平面上，且该格子状分隔物将该彩色滤光片层分隔成数个区域，其中该格子状分隔物具有一第三折射率，该第三折射率低于该彩色滤光片层的该第一折射率，该格子状分隔物具有一高度大于该彩色滤光片层位在该第一凹面轮廓表面的底部处的一高度，并且该格子状分隔物具有一宽度范围从0.1 μ m至0.3 μ m。
[0012]在一些实施例中，提供双透镜结构的制造方法，此方法包含:形成具有第一折射率的彩色滤光片层在基底上；形成第一硬遮罩在彩色滤光片层上，并且第一硬遮罩具有凸面轮廓；使用第一硬遮罩对彩色滤光片层进行蚀刻，以形成具有第一凸面轮廓表面的第一透镜结构；形成具有第二折射率的微透镜材料层在第一透镜结构上；形成第二硬遮罩在微透镜材料层上，并且第二硬遮罩具有凸面轮廓；以及使用第二硬遮罩对微透镜材料层进行蚀亥|J，以形成具有第二凸面轮廓表面的第二透镜结构，其中彩色滤光片层的第一折射率大于微透镜材料层的第二折射率。
[0013]在一些实施例中，该第一硬遮罩具有一厚度小于该彩色滤光片层的一厚度，在使用该第一硬遮罩对该彩色滤光片层进行蚀刻形成该第一透镜结构的该步骤之后，该彩色滤光片层的一下方部分不被蚀刻，并且该第一透镜结构的相邻区域的底部连接在一起；或者该第一硬遮罩具有一厚度等于该彩色滤光片层的一厚度，在使用该第一硬遮罩对该彩色滤光片层进行蚀刻形成该第一透镜结构的该步骤之后，该彩色滤光片层的一下方部分被蚀亥IJ，并且该第一透镜结构的相邻区域的底部互相分开。
[0014]在一些实施例中，该第二硬遮罩具有一厚度小于该微透镜材料层的一厚度，在使用该第二硬遮罩对该微透镜材料层进行蚀刻形成该第二透镜结构的该步骤之后，该微透镜材料层的一下方部分不被蚀刻，并且该第二透镜结构的相邻区域的底部连接在一起。
[0015]在一些其他实施例中，提供双透镜结构的制造方法，此方法包含:形成具有第一折射率的分隔物材料层在基底上；形成第一格子状硬遮罩在分隔物材料层上；使用第一格子状硬遮罩对分隔物材料层进行蚀刻，形成具有数个开口的格子状分隔物在基底上；在格子状分隔物的开口中形成具有第二折射率的彩色滤光片层，以形成具有第一凹面轮廓表面的第一透镜结构；在第一透镜结构上涂布具有第三折射率的微透镜材料层；形成第二硬遮罩在微透镜材料层上，并且第二硬遮罩具有凸面轮廓；以及使用第二硬遮罩对微透镜材料层进行蚀刻，以形成具有第一凸面轮廓表面的第二透镜结构，其中分隔物材料层的第一折射率低于彩色滤光片层的第二折射率，并且彩色滤光片层的第二折射率低于微透镜材料层的第二折射率。
[0016]在该格子状分隔物的该些开口中形成该彩色滤光片层的该步骤包括一涂布制程、一曝光制程以及一显影制程，在该显影制程之后，该彩色滤光片层涂布在该格子状分隔物的顶部上的一部份被移除。
[0017]在一些实施例中，形成在该格子状分隔物的该些开口中的该彩色滤光片层经由该涂布制程而具有一凹下轮廓。
[0018]在一些实施例中，该第二硬遮罩具有一厚度等于该微透镜材料层的一厚度，在使用该第二硬遮罩对该微透镜材料层进行蚀刻形成该第二透镜结构的该步骤之后，涂布在该格子状分隔物的顶端上的该微透镜材料层的一部份被移除，暴露出该格子状分隔物。
[0019]在一些实施例中，该第二硬遮罩具有一厚度小于该微透镜材料层的一厚度，在使用该第二硬遮罩对该微透镜材料层进行蚀刻形成该第二透镜结构的该步骤之后，涂布在该格子状分隔物的顶端上的该微透镜材料层的一部份保留在该格子状分隔物上。
[0020]依据本揭示的实施例，提供双透镜结构作为固态影像感测器的微透镜阵列，凭借双透镜结构的设计，可以改善微透镜阵列聚集光线的效率。在这些实施例的双透镜结构中，第一透镜结构和第二透镜结构的表面轮廓依据形成第一透镜结构和第二透镜结构的材料的折射率进行修改调整。此外，本揭示的实施例还提供制造双透镜结构的方法，这些方法所形成的第一透镜结构和第二透镜结构可具有各种表面轮廓，使得双透镜结构可以准确地将入射光聚焦在光电转换元件上，以此提升了固态影像感测器的灵敏度。
【附图说明】
[0021]为了让本揭示的各种实施例的目的、特征、及优点能更明显易懂，以下配合所附图式作详细说明如下:
[0022]图1显示依据一些实施例，设置在固态影像感测器上方的双透镜结构的局部剖面不意图；
[0023]图2A-2E显示依据一些实施例，制造图1的双透镜结构的各制程阶段的局部剖面示意图；
[0024]图3显示依据一些其他实施例，设置在固态影像感测器上方的双透镜结构的局部剖面示意图；以及
[0025]图4A-4F显示依据一些实施例，制造图3的双透镜结构的各制程阶段的局部剖面示意图。
[0026]【主要元件符号说明】
[0027]100?双透镜结构；
[0028]101 ?基底；
[0029]101A?基底的正面；
[0030]10IB?基底的背面；
[0031]102?固态影像感测器；
[0032]103?光电转换元件；
[0033]105?遮光层；
[0034]105P?遮光分隔物；
[0035]107 ?护层；
[0036]108?彩色滤光片层；
[0037]108R、108G、108B、109R、109G、109B ?彩色滤光片部件；
[0038]109?第一透镜结构；
[0039]109VU?第一透镜结构的上方凸面轮廓表面；
[0040]109⑶?第一透镜结构的上方凹面轮廓表面；
[0041]109FL?第一透镜结构的下方平坦表面；
[0042]110?微透镜材料层；
[0043]111?第二透镜结构；
[0044]111ML?微透镜元件；
[0045]111VU?第二透镜结构的上方凸面轮廓表面；
[0046]111CL?第二透镜结构的下方凹面轮廓表面；
[0047]111VL?第二透镜结构的下方凸面轮廓表面；
[0048]P?像素；
[0049]113?入射光；
[0050]114?分隔物材料层；
[0051]115?格子状分隔物；
[0052]116 ?开口；
[0053]120?第一硬遮罩；
[0054]121?第一硬遮罩的部件；