具有微透镜的图像传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]实施例涉及一种用于获取图像的图像传感器，且更具体而言，涉及一种利用微透镜来获取图像的图像传感器。
【背景技术】
[0002]随着数字技术的发展，利用数字技术的数字设备，诸如数码照相机、移动电话、游戏机和微型照相机已经迅速地扩展。大部分的数字设备包括用于获取图像所需的图像传感器。
[0003]图像传感器用于感测或获取图像。例如，图像传感器将从外部输入的图像转换成电信号，并且将电信号传送至以数字方式处理图像的数字处理器。图像传感器可以包括:电荷耦合器件(CCD)图像传感器、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器等。
[0004]CMOS图像传感器包括CMOS晶体管。CMOS晶体管以P沟道金属氧化物半导体(MOS)晶体管和N沟道MOS晶体管的组合来配置。由于CMOS晶体管具有高集成度和低功耗，所以CMOS晶体管可以被配置在一个集成电路器件中。
[0005]这种图像传感器接收从外部入射的光，以及产生并储存光电荷。可以使用滤色器来仅通过特定颜色的光。即，滤色器可以包括三种滤色器，诸如红色、绿色和蓝色滤色器或者黄色、洋红色和青色滤色器。
[0006]然而，当从外部入射至图像传感器上的光具有大的入射角时，照相设备的表面的反射因数可能增加而降低光效率。此外，根据入射角，入射至光电设备上的光的焦点可能改变而降低重现图像时的清晰度。
【发明内容】
[0007]实施例提供了一种能够提高聚光效率的图像传感器。
[0008]根据实施例的一个方面，一种图像传感器包括:滤色器，其被配置成使从外部入射的光中的特定颜色的光通过；微透镜，其形成在滤色器之下，并且被配置成上层具有比下层更小面积的多个层；以及光电二极管，其形成在微透镜之下，以及被配置成接收穿过微透镜的光，并且将接收到的光转换成电信号。
[0009]微透镜可以由氮化硅(SiN)和氧化物中的至少一种形成。在微透镜与相邻的微透镜之间，可以形成氧化物层以将微透镜隔离。
[0010]微透镜可以包括:第一层，其形成在最上部；第二层，其形成在第一层之下，并且具有比第一层更大的面积；以及第三层，其形成在第二层之下，并且具有比第二层更大的面积。
[0011]第二层可以具有比第一层更大的厚度，第三层可以具有比第二层更大的厚度。上层可以位于下层的中心。
[0012]图像传感器还可以包括:抗反射膜，其形成在微透镜与光电二极管之间，并且被配置成防止从微透镜射出的光的反射。
[0013]上层和下层可以形成为矩形形状。
[0014]根据实施例的另一个方面，一种图像传感器包括:形成在被配置成将入射光转换成电信号的光电二极管之上的微透镜，其被配置成将从外部入射的光会聚到一个点中，并且将会聚的光传送至光电二极管。微透镜包括:圆形的第一层，其形成在最上部；圆形的第二层，其形成在第一层之下并且具有比第一层更大的面积；以及矩形的第三层，其形成在第二层之下，并且具有比第二层更大的面积。
[0015]第二层可以具有比第一层更大的厚度，第三层可以具有比第二层更大的厚度。
[0016]第一层可以位于第二层的中心，第二层可以位于第三层的中心。
【附图说明】
[0017]从如下结合附图的详细描述中，实施例的以上目标和其他的特征和优点将变得更加清楚，其中:
[0018]图1是根据一个实施例的CMOS图像传感器的框图；
[0019]图2是图1中所示的像素阵列的平面图；
[0020]图3是图2中所示的像素阵列的一部分的横向截面图；
[0021]图4是图3中所示的微透镜的第一实施例的立体图；
[0022]图5是用于解释图3中所示的滤色器、微透镜以及抗反射膜的尺寸的横向截面图；
[0023]图6是图3中所示的微透镜的第二实施例的立体图；
[0024]图7是图3中所示的微透镜的第三实施例的平面图；
[0025]图8A图示了外部光入射在图像传感器的正面上的状态；
[0026]图SB是比较性地图示当外部光入射在图像传感器的正面上时，现有技术的图像传感器的光学特性与根据实施例的图像传感器的光学特性的曲线图。
[0027]图9A图示了外部光倾斜地入射在图像传感器上的状态；
[0028]图9B是比较性地图示当外部光倾斜地入射时，现有技术的图像传感器的光学特性与根据实施例的图像传感器的光学特性的曲线图；
[0029]图1OA至图1OC是用于比较当外部光入射在图像传感器的正面上时，现有技术的图像传感器的传输特性与根据实施例的图像传感器的传输特性的图像；
[0030]图1lA至图1lC是用于比较当外部光倾斜地入射时，现有技术的图像传感器的传输特性与根据实施例的图像传感器的传输特性的图像；
[0031]图12A至图12C是图示当外部光入射在图像传感器的正面上时，现有技术的图像传感器的光强度与根据实施例的图像传感器的光强度的图像；
[0032]图13A至图13C是图示当外部光入射在图像传感器的正面时，现有技术的图像传感器的归一化的光强度与根据实施例的图像传感器的归一化的光强度的图像；以及
[0033]图14A和图14B图示了光学特性根据图4和图5中所示的第二层的厚度的变化。
【具体实施方式】
[0034]现在将更加详细地参照实施例，实施例的实例在附图中示出。只要有可能，相同的附图标记将在附图和说明书中用于表示相同或相似的部分。
[0035]图1是根据一个实施例的CMOS图像传感器的框图。参见图1，CMOS图像传感器101包括形成在半导体衬底105之上的像素阵列111、地址译码器121、列缓冲器131、模数转换器(ADC) 141以及控制器151。
[0036]像素阵列111包括多个光感测器件，即多个光电器件。光电器件可以被配置成具有光电晶体管、光电二极管、光电栅(photo gate)、钉扎光电二极管(pinned photo d1de)等。所述多个光电器件被布置成矩阵形式。将参照图2来详细地描述像素阵列的结构。
[0037]地址译码器121将从控制器151中接收的地址信号译码，并且在像素阵列111包括的多个光电器件之中指定与地址信号相对应的光电器件。
[0038]列缓冲器131受到从控制器151输出的信号的控制，来缓冲从像素阵列111以列的方式输入的信号，以及输出缓冲的信号。
[0039]ADC 141接收从列缓冲器131输出的信号，将接收到的信号转换成数字信号，以及将数字信号传送至控制器151。
[0040]控制器151接收从外部输入的信号，并且控制地址译码器121、列缓冲器131和ADC141。此外，控制器151接收从ADC 141输出的信号，将接收到的数字信号传送至诸如显示器的外部设备以储存或显示图像。
[0041]图2是图1中所示的像素阵列111的平面图。参见图2，像素阵列111分成有源像素区211和光阻挡区221。
[0042]有源像素区211感测从外部入射的光，将感测的光转换成电信号，以及将电信号输出至图1中的列缓冲器131。有源像素区211包括多个主光感测器件，例如布置成矩阵形式的多个主光电器件。
[0043]光阻挡区221设置成包围有源像素区211。光阻挡区221用于阻挡从外部进入的光，以及测试并评估有源像素区211的电学特性。例如，光阻挡区221测试并评估由暗电流引起的暗噪声，以及基于评估结果来补偿与有源像素区211中的主光电器件的暗电流相对应的电流值，由此防止在图像传感器中出现暗噪声。
[0044]图3是图2中所示的像素阵列的一部分的横向截面图。参见图3，像素阵列具有滤色器311、微透镜321、抗反射膜331和光电器件341在从上至下移动方向上顺序地形成的结构。
[0045]滤色器311具有过滤器，所述过滤器被配置成在从外部入射的光中阻挡紫外光和红外光，并且仅通过可见光。滤色器可以包括用于仅通过可见光中的红色的红色过滤器、用于仅通过可见光中的绿色的绿色过滤器、用于仅通过可见光中的蓝色的蓝色过滤器、或者它们的组合。在另一个实施例中，滤色器321可以包括青色过滤器、黄色过滤器、洋红色过滤器、或者它们的组合。
[0046]微透镜321用于会聚穿过滤色器311的特定颜色的光。微透镜321可以由绝缘体327，例如，氮化硅(SiN)或者氧化硅(S12)形成。将参照图4至图7来详细地描述微透镜321。在下文中，为了便于解释，绝缘体327还可以被称作为氧化物层327。
[0047]在微透镜321与相邻的微透镜(未示出)之间，形成氧化物层327。氧化物层327将微透镜321部分地隔离，使得相邻的微透镜321不彼此干扰。
[0048]抗反射膜331用于防止从微透镜321射出的光从光电器件341的表面反射。因而，从光电器件341的表面反射的光可以重新导向至光电器件341。抗反射膜331可以施加至光电器件341的表面上，以通过减少从光电器件341的表面反射的光来增加光电器件341的聚光效率，并且消除由反射的光引起的干扰或漫射。抗反射膜331可以通过利用真空沉积方法等将光电器件341的表面用具有小折射率的电介质材料涂覆来形成。例如，抗反射膜331可以由氧化物或氮化硅形成，并且具有60nm的厚度。
[0049]光电器件341接收穿过抗反射膜331或者由抗反射膜331反射的光，将接收的光转换成电信号