图像传感器及具有该图像传感器的电子装置的制造方法
【专利说明】图像传感器及具有该图像传感器的电子装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求分别于2014年8月22日和2015年4月6日提交的申请号为10-2014-0109587和10-2015-0048436的韩国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本发明的示例性实施例涉及一种半导体器件制造技术，更具体地，涉及一种包括具有多层阶梯结构的聚光构件的图像传感器，以及一种具有该图像传感器的电子装置。
【背景技术】
[0004]图像传感器是指将光学图像转换为电信号的装置。近来，由于计算机工业和通信工业的发展，对具有改进性能的图像传感器的需求在诸如数字相机、摄影机、PCS(个人通信系统)、游戏机、安防摄影机、医疗微型摄影机和机器人等各种领域中均已增加。
【发明内容】
[0005]各种实施例针对一种具有改进性能的图像传感器，以及一种具有该图像传感器的电子装置。
[0006]在实施例中，一种图像传感器可以包括:基板，其包括光电转换元件；像素透镜，其形成在基板之上并包括多个聚光层，在所述多个聚光层中下部层具有比上部层更大的面积；滤色层，其覆盖像素透镜；以及抗反射结构，其形成在滤色层之上。图像传感器还可以包括聚焦层，其提供在光电转换元件与像素透镜之间。而且，图像传感器还可以包括抗反射层，其形成在像素透镜之上。
[0007]聚焦层可以具有比像素透镜更大的折射率。聚焦层可以具有与像素透镜相同的面积或更大的面积。像素透镜与光电转换元件之间的焦距可以与聚焦层的厚度成反比。像素透镜可以具有多层阶梯结构。由上部层暴露的下部层可以具有比入射光的波长小的宽度。由上部层暴露的下部层可以具有比其色彩通过滤色层分离的入射光的波长小的宽度。多个聚光层可以具有相同形状且彼此平行布置。上部层可以具有与下部层相同的厚度或比下部层小的厚度。上部层可以具有与下部层相同的折射率或比下部层小的折射率。滤色层可以覆盖像素透镜的整个表面，并具有平坦顶表面。滤色层可以具有比像素透镜更小的折射率。抗反射结构可以包括抗反射层或半球形透镜。
[0008]在实施例中，一种电子装置可以包括:光学系统；图像传感器，其适用于从光学系统接收光并包括像素阵列，在所述像素阵列中多个单位像素以矩阵形状布置；以及信号处理单元，其适用于处理从图像传感器输出的信号。每个单位像素可以包括:基板，其包括光电转换元件；像素透镜，其形成在基板之上并包括多个聚光层，在所述多个聚光层中下部层具有比与上部层更大的面积；滤色层，其覆盖像素透镜；以及抗反射结构，其形成在滤色层之上。电子装置还可以包括聚焦层，其提供在光电转换元件与像素透镜之间。
[0009]聚焦层可以具有比像素透镜更大的折射率。滤色层可以具有比像素透镜更小的折射率。像素透镜与光电转换元件之间的焦距可以与聚焦层的厚度成反比。由上部层暴露的下部层可以具有比入射光的波长小的宽度。
【附图说明】
[0010]图1为示意性示出根据本发明实施例的图像传感器的框图。
[0011]图2A为示出根据本发明实施例的图像传感器的单位像素的剖面图。
[0012]图2B为示出本发明另一实施例的剖面图。
[0013]图3A至图3C为示出根据本发明实施例的聚焦层和像素透镜的透视图。
[0014]图4A至图4D为根据本发明实施例的在聚焦层中的抗反射层和像素透镜的剖面图。
[0015]图5为简要示出包括根据本发明实施例的图像传感器的电子装置的示图。
【具体实施方式】
[0016]以下将参照附图详细地描述各种实施例。然而，本发明可以不同形式体现，且不应被理解为限于文中所阐述的实施例。更切地说，提供这些实施例以使本公开全面且完整，并向本领域技术人员充分传达本发明的范围。贯穿本公开，相同的参考标记在本发明的各种示图和实施例中指示相同的部分。
[0017]附图不必成比例，且在某些实例中，比例可以经放大以清楚例示实施例的特征。当第一层被称为在第二层“上”或在基板“上”时，不仅是指第一层直接形成在第二层或基板上的情况，而且是指第三层存在于第一层与第二层或基板之间的情况。
[0018]本发明的实施例提供一种具有改进性能的图像传感器，以及一种具有该图像传感器的电子装置。当单位像素中的聚光效率改进时，图像传感器的性能相应地改进。一般来说，图像传感器可以包括多个单位像素。每个单位像素可以包括半球型微透镜(ML)，其安装在光电转换元件之上。通过微透镜，入射光可以被会聚并被传输到光电转换元件中。单位像素的聚光效率可以取决于微透镜的质量。可以根据微透镜与光电转换元件之间的焦距来控制聚光效率。
[0019]在常规微透镜中，微透镜与光电转换元件之间的焦距可能在改变微透镜的曲率的工艺期间改变。因此，不容易控制焦距。
[0020]可以通过回流透镜形成材料(例如光刻胶(resist))的工艺形成微透镜。在这样的工艺中，难以形成具有所需曲率的半球形。此外，由于微透镜形成在滤色层之上，因此适用材料受到限制。此外，回流工艺可能需要高成本、可能仅形成为半球形，并且在形成具有对称和均勾形状的微透镜中可能有困难。这可能增加串扰(crosstalk)。
[0021]本发明的下列实施例提供一种在单位像素中具有改进的聚光效率的图像传感器，以及一种具有该图像传感器的电子装置。对于这种结构，每个单位像素可以包括像素透镜，其具有形成在光电转换元件之上的多个聚光层。所述多个聚光层的下部层具有比所述多个聚光层的上部层更大的面积或关键尺寸(critical dimens1n，⑶)。因此，像素透镜可以具有多层阶梯结构。具有多层阶梯结构的像素透镜呈现亚波长光学或亚波长效应，并且能够如同半球形微透镜那样会聚入射光。像素透镜能够将光有效地会聚在有限面积内。因此，根据实施例的像素透镜在提升图像传感器的集成中是有利的，并能够容易地改变焦距。根据亚波长光学，能够在小于入射光的一半波长的空间尺度中得到光学效应。
[0022]图1为示意性例示根据本发明实施例的图像传感器的框图。
[0023]如图1中所例示的，根据本发明实施例的图像传感器可以包括像素阵列100、相关双米样(correlated double sampling，CDS) 120、模拟-数字转换器(ADC) 130、缓冲器 140、行驱动器150、时序发生器160、控制寄存器170和斜坡信号发生器180。像素阵列100可以包括以矩阵形状布置的多个单位像素110。
[0024]时序发生器160可以产生用于控制行驱动器150、⑶S 120、ADC 130和斜坡信号发生器180的一个或更多个控制信号。控制寄存器170可以产生用于控制斜坡信号发生器180、时序发生器160和缓冲器140的一个或更多个控制信号。
[0025]行驱动器150可以基于行线驱动像素阵列100。例如，行驱动器150可以产生用于选择多个行线中的任意一个行线的选择信号。每个单位像素110可以感测入射光并经由列线将图像复位信号和图像信号输出到CDS 120。CDS 120可以对图像复位信号和图像信号执行采样。
[0026]ADC 130可以将从斜坡信号发生器180输出的斜坡信号与从⑶S 120输出的采样信号相比较，并输出比较信号。根据从时序发生器160提供的时钟信号，ADC 130可以计数比较信号的电平转换时间，并将计数值输出到缓冲器140。斜坡信号发生器180可以在时序发生器160的控制下操作。
[0027]缓冲器140可以储存从ADC 130输出的多个数字信号，然后感测并放大数字信号。因此，缓冲器140可以包括存储器(未示出)和感测放大器(未示出)。存储器可以用于储存计数值。计数值与从多个单位像素110输出的信号相关。感测放大器可以用于感测并放大从存储器输出的计数值。
[0028]在上述图像传感器中，每个单位像素可以包括能够改进聚光效率的像素透镜。在下文中，将参照附图详细说明包括像素透镜的单位像素。
[0029]图2A为示出根据本发明实施例的图像传感器的单位像素的剖面图，而图2B为示出本发明另一实施例的剖面图。图3A至图3C为示出根