图像感测装置制造方法及图纸

公开了一种图像感测装置。该图像感测装置包括半导体基板和透镜层。半导体基板包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，并且包括响应于经由第一表面入射到光电转换元件的光而产生光电荷的光电转换元件。透镜层设置在半导体基板上方，以将通过半导体基板的第一表面的光引导至基板透镜中，基板透镜进一步将入射光引导至光电转换元件中。半导体基板被构造为包括基板透镜，基板透镜是通过将第一表面蚀刻至预定深度而形成的并且位于第一表面与光电转换元件之间以将入射光经由第一表面引导至光电转换元件。电转换元件。电转换元件。

【技术实现步骤摘要】
图像感测装置


[0001]本专利文档中公开的技术和实现总体上涉及图像感测装置。

技术介绍

[0002]图像传感器是用于将光学图像转换成电信号的半导体装置。随着计算机工业和通信工业的最近发展，对高质量和高性能图像传感器的需求在例如数码相机、便携式摄像机、个人通信系统(PCS)、游戏机、监控相机、医疗微型相机、机器人等的各个领域和应用中迅速增长。
[0003]为了使用图像传感器获取三维(3D)图像，需要3D图像的颜色信息以及目标对象与图像传感器之间的距离(或深度)。
[0004]用于获取关于目标对象与图像传感器之间的距离的信息的技术可以分类为被动方法和主动方法。
[0005]被动方法可以在不向目标对象主动发射光以获得除由图像传感器捕获的图像之外的附加测量的情况下仅使用目标对象的图像信息来计算目标对象与图像传感器之间的距离。被动方法可以应用于立体相机。
[0006]主动方法向目标对象引导光以获得关于对象-传感器距离的附加测量，并且可以分类为三角测量方法、飞行时间(TOF)方法等。在从与图像传感器间隔开预定距离的光源(例如，激光源)发射光之后，三角测量方法可以感测从目标对象反射的光，并且可以使用感测结果来计算目标对象与图像传感器之间的距离。在已经从光源向目标对象发射光之后，TOF方法可以测量光从目标对象反射并返回到图像传感器的持续时间，使得TOF方法可以使用测量结果来计算目标对象和图像传感器之间的距离。

技术实现思路

[0007]所公开的技术的各种实施方式涉及一种用于提高光的利用效率的图像感测装置。
[0008]根据所公开的技术的实施方式，图像感测装置可以包括：半导体基板，其包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，并且被配置为包括光电转换元件，光电转换元件响应于经由第一表面入射到光电转换元件的光而产生光电荷；以及透镜层，其设置在半导体基板上方，以将通过半导体基板的第一表面的光引导至基板透镜中，基板透镜进一步将入射光引导至光电转换元件中。半导体基板被构造为包括基板透镜，基板透镜是通过将第一表面蚀刻至预定深度而形成的并且位于第一表面与光电转换元件之间，以将入射光经由第一表面引导至光电转换元件。
[0009]根据所公开的技术的另一实施方式，图像感测装置可以包括：光电转换元件，其设置在半导体基板中，并且被配置为对入射到光电转换元件上的光执行光电转换；基板透镜，其在半导体基板中设置于光电转换元件上方，并且被配置为允许入射光会聚在光电转换元件上；以及透镜层，透镜层设置在半导体基板上方，并被配置为将入射光引导至基板透镜，基板透镜进一步将入射光引导至光电转换元件。
[0010]应当理解，所公开的技术的前述概括描述和以下详细描述都是示例性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本公开的进一步解释。
附图说明
[0011]参照结合附图考虑的以下详细描述，所公开的技术的以上和其它特征以及有益方面将变得显而易见。
[0012]图1是例示基于所公开的技术的一些实现的图像感测装置的示例的框图。
[0013]图2是例示基于所公开的技术的一些实现的、形成于图1所示的像素阵列中的任何一个单位像素区域中的基板透镜的一个示例的图。
[0014]图3是例示基于所公开的技术的一些实现的沿着图2所示的线A-A
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截取的单位像素结构的一个示例的截面图。
[0015]图4是例示基于所公开的技术的一些实现的形成于图3所示的像素阵列中的任何一个单位像素区域中的基板透镜的另一示例的图。
[0016]图5是例示基于所公开的技术的一些实现的、其中光通过图3所示的基板透镜会聚在光电转换元件上的单位像素区域的一个示例的截面图。
[0017]图6A是例示基于所公开的技术的一些实现的、在图5所示的第一沟槽透镜中行进的光的图的示例。
[0018]图6B是例示基于所公开的技术的一些实现的、在第二沟槽透镜中以及在第二沟槽透镜之间行进的光的图的示例。
[0019]图7是例示基于所公开的技术的一些实现的、沿着图2所示的线A-A
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截取的单位像素结构的另一示例的截面图。
[0020]图8是例示基于所公开的技术的一些实现的沿着图2所示的线A-A
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截取的单位像素结构的另一示例的截面图。
[0021]图9是例示基于所公开的技术的一些实现的、形成于图1所示的像素阵列中的任何一个单位像素区域中的基板透镜的另一示例的图。
[0022]图10是例示基于所公开的技术的一些实现的、沿着图9所示的线B-B
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截取的单位像素结构的一个示例的截面图。
[0023]图11是例示基于所公开的技术的一些实现的、沿着图9所示的线B-B
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截取的单位像素结构的另一示例的截面图。
[0024]图12是例示基于所公开的技术的实现的单位像素的另一示例的截面图。
[0025]具体实现
[0026]本专利文档提供了能够允许入射光会聚在光电转换元件上从而提高光的利用效率的图像感测装置的各种实现。
[0027]现在将详细参照一些实施方式，其示例在附图中示出。在整个附图中，将尽可能使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。在以下描述中，将省略在本文中并入的相关已知配置或功能的详细描述，以避免使主题变得模糊。
[0028]图1是例示基于所公开的技术的一些实现的图像感测装置的示例的框图。
[0029]参照图1，图像感测装置可以通过将光引导至对象并使用飞行时间(TOF)原理来测量距离。图像感测装置可以包括光源100、透镜模块200、像素阵列300和控制电路400。
[0030]一旦从控制电路400接收到时钟信号MLS，光源100可以向目标对象1发射光。光源100可以是用于发射红外光或可见光的激光二极管(LD)或发光二极管(LED)，或者可以是近红外激光(NIR)、点光源、与白灯或单色仪组合的单色光源、和/或其它激光源的组合中的任何一种。例如，光源100可以发射具有800nm至1000nm的波长的红外光。尽管为了便于描述，图1仅示出了一个光源100，但是所公开的技术的范围或精神不限于此，并且也可以在透镜模块200的附近布置多个光源。
[0031]透镜模块200可以收集从目标对象1反射的光，并且可以允许所收集的光聚焦到像素阵列300的像素(PX)上。透镜模块200可以包括具有由玻璃或塑料形成的表面的聚焦透镜，或者具有由玻璃或塑料形成的表面的其它圆柱状光学元件。透镜模块200可以包括具有凸结构的聚焦透镜。
[0032]像素阵列300可以包括以二维(2D)结构连续布置的单位像素(PX)，其中单位像素在列方向和垂直于列方向的行方向上布置。单位像素(PX)可以形成在半导体基板中，并且每个单位像素(PX)可以将通过透镜模块200接收的光转换成与接收的光相对应的电信号，使得每个单位像素可以输出像素信号。在这种情况下，像素信号可以是用于指示到目标对象1的距离的信号，而本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：半导体基板，所述半导体基板包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，并且所述半导体基板被配置为包括光电转换元件，所述光电转换元件响应于经由所述第一表面入射到所述光电转换元件的光而产生光电荷，其中，所述半导体基板被构造为包括基板透镜，所述基板透镜是通过将所述第一表面蚀刻至预定深度而形成的并且位于所述第一表面与所述光电转换元件之间以将入射光经由所述第一表面引导至所述光电转换元件；以及透镜层，所述透镜层设置在所述半导体基板上方，以将通过所述半导体基板的所述第一表面的光引导至所述基板透镜中，所述基板透镜进一步将所述入射光引导至所述光电转换元件中。2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述基板透镜包括：多个沟槽透镜，在所述多个沟槽透镜中设置有折射率不同于所述半导体基板的折射率的材料膜。3.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述多个沟槽透镜包括：第一沟槽透镜，所述第一沟槽透镜设置在所述第一表面的中心部；以及多个第二沟槽透镜，所述多个第二沟槽透镜形成为围绕所述第一沟槽透镜。4.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中：所述多个第二沟槽透镜具有相同的宽度和相同的深度，并且所述第一沟槽透镜的宽度大于所述多个第二沟槽透镜中的每个的宽度。5.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述多个第二沟槽透镜基于到所述第一沟槽透镜的距离而具有不同的宽度或不同的深度。6.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述多个第二沟槽透镜基于到所述第一沟槽透镜的距离而以在所述多个第二沟槽透镜中的任何两个之间的不同间隔布置。7.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述多个第二沟槽透镜以在所述多个第二沟槽透镜中的任何两个之间的相同间隔布置。8.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述多个沟槽透镜还包括：附加的第一沟槽透镜，所述附加的第一沟槽透镜的宽度大于所述多个第二沟槽透镜中的每个的宽度。9.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述多个第二沟槽透镜中的每个具有条带形状。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞庆洙，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：