專利名稱：一種改善定焦鏡頭成像清晰度的圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種改善定焦鏡頭成像清晰度的圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種成像器件，特別是指一種改善定焦鏡頭成像清晰度的圖像傳感器。背景技術(shù)：
顧名思義，成像器件就是在成像設(shè)備中捕獲光學(xué)圖像的元件。在成像系統(tǒng)中，成像器件位于光學(xué)系統(tǒng)成像面的位置上，景物通過(guò)鏡頭在成像面上形成光學(xué)影像。在曝光期間， 處于成像面上的光學(xué)期間完成對(duì)光學(xué)影像的捕獲。對(duì)數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，處于成像面的是圖像傳感器，曝光期間，圖像傳感器發(fā)生了光電轉(zhuǎn)換，光學(xué)影像在圖像傳感器上形成電子影像。因此，可以說(shuō)圖像傳感器是數(shù)碼照相機(jī)或攝像機(jī)等成像設(shè)備的核心部件，該數(shù)碼相機(jī)或攝像機(jī)可作為單機(jī)設(shè)備，或者集成在其他多用途電氣設(shè)備中而存在，該其它多用電氣設(shè)備如移動(dòng)電話或個(gè)人數(shù)字助理(PDA)。更具體地，圖像傳感器是在一塊半導(dǎo)體上集成幾百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)個(gè)微型光敏二極管，用以捕捉圖像信號(hào)，當(dāng)不同亮度的圖像信號(hào)照射到二極管時(shí)，二極管便會(huì)產(chǎn)生不同強(qiáng)度的電流，再經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號(hào)處理等，形成圖像信號(hào)的電子信息。根據(jù)元件的不同，現(xiàn)有的圖像傳感器可分為CXD(Charge Coupled Device, 電荷耦合元件)和CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor,金屬氧化物半導(dǎo)體元件)兩大類。圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的一種CMOS圖像傳感器，其包括至少一個(gè)或多個(gè)光電二極管11，形成在半導(dǎo)體基片(未示出)中以響應(yīng)入射光而產(chǎn)生電荷；內(nèi)電介質(zhì)層 (inter-dielectric layer) 12，形成在包括光電二極管11的半導(dǎo)體基片的整個(gè)表面上；鈍化層13，形成在內(nèi)電介質(zhì)層12上；R/G/B濾色器層14，形成在鈍化層13上以使得特定波長(zhǎng)的光分別通過(guò)；平坦化層15，形成在濾色器層14上；以及凸微透鏡16，具有某一曲率，形成在平坦化層15上并對(duì)應(yīng)于濾色器層，到圖像傳感器的入射光由凸微透鏡16來(lái)聚集并經(jīng)過(guò)濾色器層14來(lái)過(guò)濾，然后光進(jìn)入對(duì)應(yīng)于濾色器層14的光電二極管11。圖2顯示了不同頻率的光(以三原色紅綠藍(lán)為例)經(jīng)過(guò)光學(xué)玻璃(如相機(jī)的鏡頭鏡片等)折射后所產(chǎn)生不同焦點(diǎn)位置的情形。眾所周知，不同顏色的光如紅、綠、藍(lán)等光線由于具有不同的頻率，因而這些光線平行地進(jìn)入經(jīng)過(guò)光學(xué)玻璃制成的鏡頭后會(huì)發(fā)生折射后會(huì)與主光軸產(chǎn)生不同的焦點(diǎn)，在這里，我們把所有紅色光線經(jīng)折射后焦點(diǎn)Pi所在的平面稱為紅色焦平面；所有綠色光線經(jīng)折射后焦點(diǎn)P2所在的平面稱為綠色焦平面；所有藍(lán)色光線經(jīng)折射后焦點(diǎn)P3所在的平面成為藍(lán)色焦平面。由于紅、綠、藍(lán)光線具有不同的頻率，因而經(jīng)同一透鏡會(huì)聚后產(chǎn)生的焦平面并不是同一平面，而是前后間隔一定距離的三個(gè)焦平面。對(duì)定焦鏡頭的成像設(shè)備(如相機(jī))而言，其內(nèi)部的CCD/CMOS傳感器，像素單元處于同一平面，而不同顏色的光在光學(xué)玻璃中有不同的折射率，這會(huì)使定焦鏡頭的焦點(diǎn)發(fā)生偏移，從而導(dǎo)致成像模糊。因此，現(xiàn)有的應(yīng)用于定焦鏡頭成像設(shè)備中的圖像傳感器有待改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的上述缺陷，本實(shí)用新型提出一種圖像傳感器，其目的在于改善定焦鏡頭成像的清晰度。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的圖像傳感器應(yīng)用于具定焦鏡頭的成像設(shè)備中，該圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底、形成在該半導(dǎo)體襯底上的若干像素單元，這些像素單元被以多個(gè)行或列布置為陣列，每一像素單元包括一光電二極管、電介質(zhì)層，形成在該電介質(zhì)層上的鈍化層，形成在該鈍化層上的特定顏色的濾色器以使得特定波長(zhǎng)的光分別通過(guò)，形成在濾色器層上的平坦化層，以及，形成在平坦化層上并對(duì)應(yīng)于該濾色器的一凸微透鏡，其中具特定顏色的濾色器的像素單元位于該特定顏色光線經(jīng)該定焦鏡頭的光學(xué)玻璃折射后的特定顏色焦平面上。在本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例中，該像素單元的該凸微透鏡位于該特定顏色焦平面上，且該像素單元的該光電二極管位于該特定顏色光線經(jīng)該凸微透鏡二次折射后的焦平面上。在本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例中，該像素單元的該光電二極管位于該特定顏色焦平面上。在本實(shí)用新型的一優(yōu)選實(shí)施例中，該特定顏色的濾色器為RGB原色分色濾色器； 該圖像傳感器為CMOS傳感器或CXD傳感器。采用本實(shí)用新型的一種改善定焦鏡頭成像清晰度的圖像傳感器可達(dá)成以下技術(shù)效果本實(shí)用新型通過(guò)改變(XD/CM0S傳感器的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)改善對(duì)焦成像的質(zhì)量，使不同顏色的光都能在焦平面上匯聚，從而改善改善定焦鏡頭成像的清晰度。
圖1為先前技術(shù)的一種CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖2為不同頻率的光經(jīng)過(guò)光學(xué)玻璃折射后產(chǎn)生不同焦點(diǎn)位置的原理示意圖。圖3為本實(shí)用新型的第一實(shí)施例的圖像傳感器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。圖4為本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的圖像傳感器結(jié)構(gòu)的截面示意圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參閱圖3，本實(shí)用新型的圖像傳感器1應(yīng)用于具定焦鏡頭的成像設(shè)備(圖未示) 中，該圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底、形成在該半導(dǎo)體襯底上的若干像素單元10、20、30，這些像素單元被以多個(gè)行或列布置為陣列，每一像素單元10 (20、30)包括一光電二極管101、 電介質(zhì)層102，形成在該電介質(zhì)層上的鈍化層103，形成在該鈍化層上的特定顏色的濾色器 104以使得特定波長(zhǎng)的光分別通過(guò)，形成在濾色器層104上的平坦化層105，以及，形成在平坦化層上并對(duì)應(yīng)于該濾色器104的一凸微透鏡，圖3中，像素單元10中具有允許紅色光線透過(guò)的紅色濾色器104、像素單元20中具有允許綠色光線透過(guò)的綠色濾色器204，以及像素單元30中具有允許藍(lán)色光線透過(guò)的藍(lán)色濾色器304。在本實(shí)用新型的第一實(shí)施例中，考慮了凸微透鏡106(206、306)對(duì)光線的二次折射作用，因而不同顏色的光線(以紅、綠、藍(lán)三種顏色為例說(shuō)明)經(jīng)過(guò)定焦鏡頭的光學(xué)玻璃折射后會(huì)產(chǎn)生具光學(xué)玻璃由遠(yuǎn)及近的紅色焦平面、綠色焦平面、藍(lán)色焦平面。本實(shí)用新型將圖像傳感器中的不同顏色的濾色器所在的像素單元設(shè)置在不同的焦平面上以得到清晰的圖像， 具體地將，將紅色濾色器104上的凸微透鏡106的表面設(shè)置在該紅色焦平面位置處；將綠色濾色器204上的凸微透鏡206的表面設(shè)置在該綠色焦平面位置處；將藍(lán)色濾色器304上的凸微透鏡306的表面設(shè)置在該藍(lán)色焦平面位置處?？紤]到凸微透鏡的二次折射作用，紅、 綠、藍(lán)光線經(jīng)過(guò)該凸微透鏡的折射作用又會(huì)產(chǎn)生新的紅、綠、藍(lán)焦平面，因而進(jìn)一步地，將該紅、綠、藍(lán)色濾色器下方的各光電二極管的表面設(shè)置在紅、綠、藍(lán)光線經(jīng)該該凸微透鏡的折射后的各紅、綠、藍(lán)焦平面位置處，如圖3所示，各凸微透鏡的表面位于不同的焦平面，假設(shè)凸微透鏡106表面至光電二極管101表面的距離為dl，凸微透鏡206表面至光電二極管201 表面的距離為d2，凸微透鏡306表面至光電二極管301表面的距離為d3，則設(shè)置dl>d2>d3， 如此，平行進(jìn)入相機(jī)鏡頭的各種顏色的光線經(jīng)鏡頭的光學(xué)玻璃折射后的各自的焦點(diǎn)都能落于各凸微透鏡的表面，再經(jīng)過(guò)各凸微透鏡的二次折射后，各種顏色的光線的最終都能會(huì)聚在各光電二極管的表面，從而清晰地成像。由于凸微透鏡的折射作用較小且凸微透鏡與光電二極管的距離又很小，因而可以忽略凸微透鏡的折射對(duì)成像清晰度的影響，所以在本實(shí)用新型的第二實(shí)施例中僅考慮像設(shè)備(如相機(jī))的定焦鏡頭對(duì)光線折射作用而對(duì)成像清晰度的影響，請(qǐng)參閱圖4，在第二實(shí)施例中，各凸微透鏡的表面位于同一平面上(即忽略凸微透鏡對(duì)成像清晰度的影響)，而將各光電二極管110、210、310設(shè)置在紅、綠、藍(lán)光線經(jīng)鏡頭折射后產(chǎn)生的各紅、綠、藍(lán)焦平面位置處，與第一實(shí)施例類似，假設(shè)凸微透鏡160表面至光電二極管110表面的距離為dlO，凸微透鏡260表面至光電二極管210表面的距離為d20，凸微透鏡360表面至光電二極管310表面的距離為d30，則同樣dl0>d20>d30，以得到清晰的圖像。以上實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍的限制，應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍。因此本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種改善定焦鏡頭成像清晰度的圖像傳感器，應(yīng)用于具定焦鏡頭的成像設(shè)備中，該圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底、形成在該半導(dǎo)體襯底上的若干像素單元，這些像素單元被以多個(gè)行或列布置為陣列，每一像素單元包括一光電二極管、電介質(zhì)層，形成在該電介質(zhì)層上的鈍化層，形成在該鈍化層上的特定顏色的濾色器以使得特定波長(zhǎng)的光分別通過(guò)，形成在濾色器層上的平坦化層，以及，形成在平坦化層上并對(duì)應(yīng)于該濾色器的一凸微透鏡，其特征在于具特定顏色的濾色器的像素單元位于該特定顏色光線經(jīng)該定焦鏡頭的光學(xué)玻璃折射后的特定顏色焦平面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善定焦鏡頭成像清晰度的圖像傳感器，其特征在于 該像素單元的該凸微透鏡位于該特定顏色焦平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種改善定焦鏡頭成像清晰度的圖像傳感器，其特征在于 該像素單元的該光電二極管位于該特定顏色光線經(jīng)該凸微透鏡二次折射后的焦平面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善定焦鏡頭成像清晰度的圖像傳感器，其特征在于 該像素單元的該光電二極管位于該特定顏色焦平面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善定焦鏡頭成像清晰度的圖像傳感器，其特征在于 該特定顏色的濾色器為RGB原色分色濾色器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善定焦鏡頭成像清晰度的圖像傳感器，其特征在于 該圖像傳感器為CMOS傳感器或CXD傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型提出一種改善定焦鏡頭成像清晰度的圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底、形成在該半導(dǎo)體襯底上的若干像素單元，這些像素單元被以多個(gè)行或列布置為陣列，每一像素單元包括一光電二極管、電介質(zhì)層，形成在該電介質(zhì)層上的鈍化層，形成在該鈍化層上的特定顏色的濾色器以使得特定波長(zhǎng)的光分別通過(guò)，形成在濾色器層上的平坦化層，以及，形成在平坦化層上并對(duì)應(yīng)于該濾色器的一凸微透鏡，其中具特定顏色的濾色器的像素單元位于該特定顏色光線經(jīng)該定焦鏡頭的光學(xué)玻璃折射后的特定顏色焦平面上，從而通過(guò)改變傳感器的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)改善對(duì)焦成像的質(zhì)量，使不同顏色的光都能在焦平面上匯聚，改善定焦鏡頭成像的清晰度。
文檔編號(hào)H01L27/148GK202221761SQ201120342390
公開日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2011年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月13日
發(fā)明者章暢海 申請(qǐng)人:宇達(dá)電腦(上海)有限公司