[發明專利]內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201210061931.3
• 申請日: 2012-03-09
• 公開（公告）號: CN102569327B
• 公開（公告）日: 2018-01-26
• 發明（設計）人: 孔蔚然
• 申請（專利權）人: 上海華虹宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H04N5/374
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及集成電路制造領域，特別涉及一種內置菲涅耳透鏡(Built-in Fresnel Lens)的圖像傳感器及其制造方法。

背景技術

集成電路技術使計算機、控制系統、通訊和圖像等許多領域發生了巨大的變化。在圖像領域中，圖像傳感器是組成數字攝像頭的重要組成部分。根據元件的不同，可分為CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)和互補金屬-氧化物-半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)有源像素圖像傳感器兩大類。其中，CMOS圖像傳感器已在電荷耦合成像器件涉及的應用中占領了相當大的領域。

公開號為CN101986432A的中國專利申請公開了一種CMOS圖像傳感器，具體請參閱圖1，所述CMOS圖像傳感器包括透鏡11、多個微棱鏡(microlens)13、多個彩色濾光(color filter)單元15和多個感光元件(sensor)17，所述微棱鏡13、所述彩色濾光單元15和所述感光元件17一一對應設置，外界光線依次經所述透鏡11、微棱鏡13、彩色濾光單元15而照射到所述感光元件17上。

授權公告號為CN2681352Y的中國專利申請公開了另一種圖像傳感器，具體請參閱圖2，所述圖像傳感器主要包括保護蓋1、微透鏡陣列3、多個棱鏡4、彩色濾光片陣列5、光接收單元7及信號處理電路板9，該各部件從上至下依次排布設置。其中，微透鏡陣列3是由多個微透鏡于二維空間內排列成的陣列。

在上述現有的圖像傳感器結構中，盡管微棱鏡(微透鏡陣列)能夠增強入射光線的光強，但是微棱鏡(微透鏡陣列)的制造工藝復雜。因此，提供一種制造工藝簡單并能夠提高填充系數(fill factor)的圖像傳感器是本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種制造工藝簡單并能夠提高填充系數的圖像傳感器及其制造方法。

為解決上述技術問題，本發明提供一種內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器，所述圖像傳感器包括多個菲涅耳透鏡以及多個感光元件，所述菲涅耳透鏡和感光元件一一對應設置。

可選的，在所述的內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器中，所述圖像傳感器還包括多個彩色濾光單元，每一彩色濾光單元和一感光元件之間設置一菲涅耳透鏡。

可選的，在所述的內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器中，所述菲涅耳透鏡為矩形的菲涅耳透鏡。

可選的，在所述的內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器中，所述感光元件包括發光二極管和CMOS晶體管。

根據本發明的另一面，還提供一種內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器的制造方法，包括：提供襯底，所述襯底上形成有多個感光元件；在襯底上形成多個菲涅耳透鏡，所述菲涅耳透鏡和感光元件一一對應設置。

可選的，在所述的內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器制造方法中，在襯底上形成多個菲涅耳透鏡的步驟包括：在襯底上形成第一材料層；刻蝕所述第一材料層形成多個凹槽；在所述襯底和凹槽中沉積第二材料層；以及進行化學機械研磨工藝以去除襯底上的第二材料層。

可選的，在所述的內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器制造方法中，所述第一材料層為高介電常數材料，所述第二材料層為低介電常數材料。

可選的，在所述的內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器制造方法中，所述第一材料層為無摻雜硅玻璃，所述第二材料層為氟化玻璃或氮化硅。

可選的，在所述的內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器制造方法中，在襯底上形成多個菲涅耳透鏡之后，還包括：在所述襯底上形成多個彩色濾光單元，每一彩色濾光單元和一感光元件之間設置一所述菲涅耳透鏡。

可選的，在所述的內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器制造方法中，所述菲涅耳透鏡為矩形的菲涅耳透鏡。

可選的，在所述的內置菲涅耳透鏡的圖像傳感器制造方法中，所述感光元件包括發光二極管和CMOS晶體管。

本發明將菲涅耳透鏡集成到圖像傳感器中，所述菲涅耳透鏡和感光元件一一對應設置，利用菲涅耳透鏡替代了傳統的微透鏡，制造工藝簡單，且能夠提高圖像傳感器的填充系數(Fill-Factor)。

附圖說明

圖1為現有技術的一種圖像傳感器的剖面示意圖；

圖2為現有技術的另一種圖像傳感器的剖面示意圖；

圖3為本發明一實施例中圖像傳感器的剖面示意圖；

圖4為本發明一實施例中菲涅耳透鏡的俯視示意圖；

圖5為本發明一實施例的圖像傳感器制造方法的流程圖；