雙透鏡結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于微透鏡陣列，特別有關(guān)于用在固態(tài)影像感測器的具有雙透鏡結(jié)構(gòu)的微透鏡陣列，以及雙透鏡結(jié)構(gòu)的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，固態(tài)影像感測器的技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展，并且廣泛地在各種影像拍攝設(shè)備中使用，例如數(shù)碼攝影機、數(shù)碼相機、便攜式個人電腦、便攜式行動電話以及類似的設(shè)備。影像感測器可吸收具有特定波長的入射光，例如可見光、紫外光、紅外光或類似的光線，并且產(chǎn)生相應(yīng)于被吸收的光線的電子信號。以半導(dǎo)體為制造基礎(chǔ)的影像感測器可具有多種不同的種類，例如電荷稱合元件(charge coupled device ;CCD)影像感測器，或者互補式金屬氧化半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor ；CM0S)影像感測器。
[0003]固態(tài)影像感測器通常是由含有光感應(yīng)器(photo-sensor)的像素陣列所組成，在一個獨立像素中的每一個光感測器會產(chǎn)生相應(yīng)于照射在影像感測器的此光感應(yīng)器上的入射光的電子信號，因此，每一個光感應(yīng)器所產(chǎn)生的電子信號的大小與照射在此光感應(yīng)器上的入射光的量成比例關(guān)系。
[0004]在固態(tài)影像感測器上方會設(shè)置微透鏡陣列，使得入射光線折射至光感應(yīng)器上，然而，通常有大量的入射光線并不會直接到達光感應(yīng)器上，此光線的損失會導(dǎo)致固態(tài)影像感測器的靈敏度無法提升。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]依據(jù)本揭示的實施例，提供雙透鏡結(jié)構(gòu)及其制造方法，此雙透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)置在固態(tài)影像感測器上方，并且作為固態(tài)影像感測器的微透鏡陣列，經(jīng)由此雙透鏡結(jié)構(gòu)可以改善微透鏡陣列聚集光線的效率，進而提升了固態(tài)影像感測器的靈敏度。
[0006]在一些實施例中，提供雙透鏡結(jié)構(gòu)，此雙透鏡結(jié)構(gòu)包含第一透鏡結(jié)構(gòu)，其由具有第一折射率的彩色濾光片層形成。此雙透鏡結(jié)構(gòu)還包含第二透鏡結(jié)構(gòu)，其由具有第二折射率的微透鏡層形成，并且第二透鏡結(jié)構(gòu)設(shè)置在第一透鏡結(jié)構(gòu)上。入射光進入第二透鏡結(jié)構(gòu)，然后穿透過第一透鏡結(jié)構(gòu)，其中彩色濾光片層的第一折射率與微透鏡層的第二折射率不同。
[0007]在一些實施例中，該彩色濾光片層的該第一折射率大于該微透鏡材料層的該第二折射率，該第一透鏡結(jié)構(gòu)具有一第一凸面輪廓表面，該第二透鏡結(jié)構(gòu)具有一第二凸面輪廓表面設(shè)置在該第一透鏡結(jié)構(gòu)的該第一凸面輪廓表面上方，且該入射光從該第二凸面輪廓表面進入該第二透鏡結(jié)構(gòu)。
[0008]在一些實施例中，該第二透鏡結(jié)構(gòu)更包括與該第二凸面輪廓表面為相反面的一第三凸面輪廓表面，該第三凸面輪廓表面順應(yīng)性地形成在該第一透鏡結(jié)構(gòu)的該第一凸面輪廓表面上，并且該第三凸面輪廓表面與該第一凸面輪廓表面接觸；以及該第一透鏡結(jié)構(gòu)更包括與該第一凸面輪廓表面為相反面的一平坦表面。
[0009]在一些實施例中，該彩色濾光片層的該第一折射率低于該微透鏡材料層的該第二折射率，該第一透鏡結(jié)構(gòu)具有一第一凹面輪廓表面，該第二透鏡結(jié)構(gòu)具有一第一凸面輪廓表面設(shè)置在該第一透鏡結(jié)構(gòu)的該第一凹面輪廓表面上方，該入射光從該第一凸面輪廓表面進入該第二透鏡結(jié)構(gòu)。
[0010]在一些實施例中，該第二透鏡結(jié)構(gòu)更包括與該第一凸面輪廓表面為相反面的一第二凹面輪廓表面，該第二透鏡結(jié)構(gòu)的該第二凹面輪廓表面順應(yīng)性地形成在該第一透鏡結(jié)構(gòu)的該第一凹面輪廓表面上，并且該第二凹面輪廓表面與該第一凹面輪廓表面接觸；以及該第一透鏡結(jié)構(gòu)更包括與該第一凹面輪廓表面為相反面的一平坦表面。
[0011]在一些實施例中，更包括一格子狀分隔物與該彩色濾光片層設(shè)置在一相同平面上，且該格子狀分隔物將該彩色濾光片層分隔成數(shù)個區(qū)域，其中該格子狀分隔物具有一第三折射率，該第三折射率低于該彩色濾光片層的該第一折射率，該格子狀分隔物具有一高度大于該彩色濾光片層位在該第一凹面輪廓表面的底部處的一高度，并且該格子狀分隔物具有一寬度范圍從0.1 μ m至0.3 μ m。
[0012]在一些實施例中，提供雙透鏡結(jié)構(gòu)的制造方法，此方法包含:形成具有第一折射率的彩色濾光片層在基底上；形成第一硬遮罩在彩色濾光片層上，并且第一硬遮罩具有凸面輪廓；使用第一硬遮罩對彩色濾光片層進行蝕刻，以形成具有第一凸面輪廓表面的第一透鏡結(jié)構(gòu)；形成具有第二折射率的微透鏡材料層在第一透鏡結(jié)構(gòu)上；形成第二硬遮罩在微透鏡材料層上，并且第二硬遮罩具有凸面輪廓；以及使用第二硬遮罩對微透鏡材料層進行蝕亥|J，以形成具有第二凸面輪廓表面的第二透鏡結(jié)構(gòu)，其中彩色濾光片層的第一折射率大于微透鏡材料層的第二折射率。
[0013]在一些實施例中，該第一硬遮罩具有一厚度小于該彩色濾光片層的一厚度，在使用該第一硬遮罩對該彩色濾光片層進行蝕刻形成該第一透鏡結(jié)構(gòu)的該步驟之后，該彩色濾光片層的一下方部分不被蝕刻，并且該第一透鏡結(jié)構(gòu)的相鄰區(qū)域的底部連接在一起；或者該第一硬遮罩具有一厚度等于該彩色濾光片層的一厚度，在使用該第一硬遮罩對該彩色濾光片層進行蝕刻形成該第一透鏡結(jié)構(gòu)的該步驟之后，該彩色濾光片層的一下方部分被蝕亥IJ，并且該第一透鏡結(jié)構(gòu)的相鄰區(qū)域的底部互相分開。
[0014]在一些實施例中，該第二硬遮罩具有一厚度小于該微透鏡材料層的一厚度，在使用該第二硬遮罩對該微透鏡材料層進行蝕刻形成該第二透鏡結(jié)構(gòu)的該步驟之后，該微透鏡材料層的一下方部分不被蝕刻，并且該第二透鏡結(jié)構(gòu)的相鄰區(qū)域的底部連接在一起。
[0015]在一些其他實施例中，提供雙透鏡結(jié)構(gòu)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層在基底上；形成第一格子狀硬遮罩在分隔物材料層上；使用第一格子狀硬遮罩對分隔物材料層進行蝕刻，形成具有數(shù)個開口的格子狀分隔物在基底上；在格子狀分隔物的開口中形成具有第二折射率的彩色濾光片層，以形成具有第一凹面輪廓表面的第一透鏡結(jié)構(gòu)；在第一透鏡結(jié)構(gòu)上涂布具有第三折射率的微透鏡材料層；形成第二硬遮罩在微透鏡材料層上，并且第二硬遮罩具有凸面輪廓；以及使用第二硬遮罩對微透鏡材料層進行蝕刻，以形成具有第一凸面輪廓表面的第二透鏡結(jié)構(gòu)，其中分隔物材料層的第一折射率低于彩色濾光片層的第二折射率，并且彩色濾光片層的第二折射率低于微透鏡材料層的第二折射率。
[0016]在該格子狀分隔物的該些開口中形成該彩色濾光片層的該步驟包括一涂布制程、一曝光制程以及一顯影制程，在該顯影制程之后，該彩色濾光片層涂布在該格子狀分隔物的頂部上的一部份被移除。
[0017]在一些實施例中，形成在該格子狀分隔物的該些開口中的該彩色濾光片層經(jīng)由該涂布制程而具有一凹下輪廓。
[0018]在一些實施例中，該第二硬遮罩具有一厚度等于該微透鏡材料層的一厚度，在使用該第二硬遮罩對該微透鏡材料層進行蝕刻形成該第二透鏡結(jié)構(gòu)的該步驟之后，涂布在該格子狀分隔物的頂端上的該微透鏡材料層的一部份被移除，暴露出該格子狀分隔物。
[0019]在一些實施例中，該第二硬遮罩具有一厚度小于該微透鏡材料層的一厚度，在使用該第二硬遮罩對該微透鏡材料層進行蝕刻形成該第二透鏡結(jié)構(gòu)的該步驟之后，涂布在該格子狀分隔物的頂端上的該微透鏡材料層的一部份保留在該格子狀分隔物上。
[0020]依據(jù)本揭示的實施例，提供雙透鏡結(jié)構(gòu)作為固態(tài)影像感測器的微透鏡陣列，憑借雙透鏡結(jié)構(gòu)的設(shè)計，可以改善微透鏡陣列聚集光線的效率。在這些實施例的雙透鏡結(jié)構(gòu)中，第一透鏡結(jié)構(gòu)和第二透鏡結(jié)構(gòu)的表面輪廓依據(jù)形成第一透鏡結(jié)構(gòu)和第二透鏡結(jié)構(gòu)的材料的折射率進行修改調(diào)整。此外，本揭示的實施例還提供制造雙透鏡結(jié)構(gòu)的方法，這些方法所形成的第一透鏡結(jié)構(gòu)和第二透鏡結(jié)構(gòu)可具有各種表面輪廓，使得雙透鏡結(jié)構(gòu)可以準(zhǔn)確地將入射光聚焦在光電轉(zhuǎn)換元件上，以此提升了固態(tài)影像感測器的靈敏度。
【附圖說明】
[0021]為了讓本揭示的各種實施例的目的、特征、及優(yōu)點能更明顯易懂，以下配合所附圖式作詳細說明如下:
[0022]圖1顯示依據(jù)一些實施例，設(shè)置在固態(tài)影像感測器上方的雙透鏡結(jié)構(gòu)的局部剖面不意圖；
[0023]圖2A-2E顯示依據(jù)一些實施例，制造圖1的雙透鏡結(jié)構(gòu)的各制程階段的局部剖面示意圖；
[0024]圖3顯示依據(jù)一些其他實施例，設(shè)置在固態(tài)影像感測器上方的雙透鏡結(jié)構(gòu)的局部剖面示意圖；以及
[0025]圖4A-4F顯示依據(jù)一些實施例，制造圖3的雙透鏡結(jié)構(gòu)的各制程階段的局部剖面示意圖。
[0026]【主要元件符號說明】
[0027]100?雙透鏡結(jié)構(gòu)；
[0028]101 ?基底；
[0029]101A?基底的正面；
[0030]10IB?基底的背面；
[0031]102?固態(tài)影像感測器；
[0032]103?光電轉(zhuǎn)換元件；
[0033]105?遮光層；
[0034]105P?遮光分隔物；
[0035]107 ?護層；
[0036]108?彩色濾光片層；
[0037]108R、108G、108B、109R、109G、109B ?彩色濾光片部件；
[0038]109?第一透鏡結(jié)構(gòu)；
[0039]109VU?第一透鏡結(jié)構(gòu)的上方凸面輪廓表面；
[0040]109⑶?第一透鏡結(jié)構(gòu)的上方凹面輪廓表面；
[0041]109FL?第一透鏡結(jié)構(gòu)的下方平坦表面；
[0042]110?微透鏡材料層；
[0043]111?第二透鏡結(jié)構(gòu)；
[0044]111ML?微透鏡元件；
[0045]111VU?第二透鏡結(jié)構(gòu)的上方凸面輪廓表面；
[0046]111CL?第二透鏡結(jié)構(gòu)的下方凹面輪廓表面；
[0047]111VL?第二透鏡結(jié)構(gòu)的下方凸面輪廓表面；
[0048]P?像素；
[0049]113?入射光；
[0050]114?分隔物材料層；
[0051]115?格子狀分隔物；
[0052]116 ?開口；
[0053]120?第一硬遮罩；
[0054]121?第一硬遮罩的部件；