使用光纖的圖像傳感器制造技術(shù)

提供了一種使用光纖的圖像傳感器，其中產(chǎn)生較少的像素雜散，從而可獲得更清晰的圖像。該圖像傳感器包括：圖像感測部分，用于感測每像素的光學(xué)信號，所述光學(xué)信號沿輸入路徑傳播；以及圖像對準(zhǔn)器，設(shè)置于所述圖像感測部分的輸入路徑中，用于將傾斜光信號轉(zhuǎn)換成垂直光信號。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及使用光纖的圖像傳感器，并更具體地，涉及使用光纖的圖像傳感器，其中生成更少的像素雜散(pixel straying)，從而可獲得更清晰的圖像。
技術(shù)介紹
圖像傳感器是將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號的半導(dǎo)體器件，包括電荷耦合器件(CCD)和具有若干金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的CMOS圖像傳感器，所述晶體管對應(yīng)于像素的數(shù)目，集成在帶有用于順序輸出所述MOS晶體管的電信號的外圍電路的單個(gè)芯片上。隨著傳感器的小型化和更高度集成的多像素結(jié)構(gòu)，每單位面積形成了更多像素。隨著像素尺寸的減小，以“片上”方式形成的微透鏡和濾色器層的濾色器的相應(yīng)尺寸也變小。由于單元像素的尺寸變小，接收光的光電二極管區(qū)域減小，從而降低了光敏度。為增強(qiáng)圖像傳感器的光敏度，可改善其填充因子；即，光電二極管區(qū)域相對于器件自身的區(qū)域增加。然而，填充因子的增加受每個(gè)光電二極管的相關(guān)邏輯和信號處理電路存在的限制。還可通過聚焦來自目標(biāo)圖像的光、即入射光來獲得增強(qiáng)的光敏度，所述光通過例如提供給每個(gè)光電二極管的微透鏡來折射，以便將入射光集中到光電二極管中且遠(yuǎn)離沒有光電二極管表面的相鄰區(qū)域。以此方式，平行于微透鏡光軸的光通過該微透鏡折射，從而在沿所述光軸的一點(diǎn)形成焦點(diǎn)。在任何情況下，當(dāng)光電二極管區(qū)域接收更多的光時(shí)，光敏度得到改善。為此，可增大光遮蔽層中所形成的孔隙的尺寸。所述光遮蔽層典型地通過圖案化包括對應(yīng)于微透鏡層所設(shè)置的多個(gè)孔隙的金屬布線層而形成。該光遮蔽層阻擋向著存在于光電二極管之間的在下區(qū)域傳播的光，并使光通過所述孔隙以打到直接設(shè)置于微透鏡下的對應(yīng)光電二極管。然而，隨著入射角增大，孔隙尺寸應(yīng)增大，這削弱了金屬布線層的光遮蔽功能。例如，相對于對角線孔隙(diagonal aperture)，靠近光遮蔽層中央而形成的孔隙應(yīng)偏移多達(dá)1～3μm以在對角線匹配入射角。入射光在圖像平面上的所有點(diǎn)進(jìn)入圖像傳感器。為了圖像的更一致再現(xiàn)，即，在圖像平面上的更大一致性，在進(jìn)入較靠近圖像傳感器的中央?yún)^(qū)的光能和進(jìn)入較靠近圖像傳感器的角區(qū)的光能的相應(yīng)能量之間應(yīng)有強(qiáng)度的平衡。為此，微透鏡被形成為在圖像平面上具有特定變化的尺寸，其中較大微透鏡設(shè)置在角區(qū)中，且微透鏡向著中央?yún)^(qū)逐漸變得更小。為獲得如此精確的尺寸變化，需要昂貴的精確掩模。同時(shí)，用于光遮蔽的金屬布線層應(yīng)提供適當(dāng)設(shè)置的孔以補(bǔ)償圖像傳感器的中央和邊緣(對角線)之間的變化的入射角。即，傾斜進(jìn)入圖像傳感器的光(高入射角)影響光的折射率并降低微透鏡的聚焦效率，導(dǎo)致到達(dá)下層即光電二極管的透射光的能量損失。過度的光折射可導(dǎo)致光打到相鄰像素的光電二極管(像素雜散)且在重現(xiàn)的圖像中產(chǎn)生模糊。例如，在到具有1/4″光學(xué)鏡片(optical)的圖像傳感器的入射角的情況中，該圖像傳感器基于允許人眼感測色的55°參考視角而被設(shè)計(jì)為具有55°～65°的視角(AOV)。高入射圖像更易受圖像傳感器尺寸減小的影響，因?yàn)榭刂苼碜陨鲜鲈吹墓饽艿膫鞑ヂ窂綇亩构饩_打到光電轉(zhuǎn)換部分、即特定光電二極管有更大的困難。這是由向更高像素?cái)?shù)、更加小型化和增強(qiáng)的性能特性的趨勢導(dǎo)致的。這些更大的入射角還增大了焦距，進(jìn)一步使聚焦效率降級。在CCD或CMOS圖像傳感器的制造中，在硅晶片上形成“片上”濾色器之后，晶片經(jīng)歷使用能量分散的X射線分光術(shù)的組裝工藝，所述組裝工藝包括對晶片的切割、粘合和固化；玻璃蓋的布線和粘合；以及標(biāo)記(marking)。對最終產(chǎn)品執(zhí)行封裝測試。圖1中示出封裝后的現(xiàn)有圖像傳感器。參照圖1，圖像傳感器10被固定到以透明玻璃蓋12密封的封裝框架14上。此處，來自目標(biāo)源的光以約30°的傾角進(jìn)入圖像傳感器的除中央?yún)^(qū)以外的角區(qū)。為了以最小損失將光能從目標(biāo)源集中到光電轉(zhuǎn)換器件即光電二極管上，需要根據(jù)入射角向圖像傳感器的中央?yún)^(qū)適當(dāng)?shù)厥湛s聚光透鏡。參照圖2，說明在多種圖像傳感器中存在的像素雜散的水平，應(yīng)注意的是，向著對角線的雜散光隨著增加的像素?cái)?shù)(更高的分辨率)而增加，這需要更大的孔隙以增強(qiáng)對應(yīng)的微透鏡的光聚焦效率。然而，必要的孔隙尺寸增大可能太大而不能由圖像傳感器實(shí)現(xiàn)。此外，隨著反射光再次進(jìn)入相鄰像素，由來自目標(biāo)圖像的增大的入射角引起的折射率的增大使光敏度降級并造成不清晰的圖像(模糊)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
相應(yīng)的，本專利技術(shù)涉及使用光纖的圖像傳感器，其基本上消除了由相關(guān)技術(shù)的局限性和缺點(diǎn)導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問題。本專利技術(shù)的一個(gè)目的是提供一種圖像傳感器，其中光以較少的雜散聚焦以獲得清晰圖像。本專利技術(shù)另外的優(yōu)點(diǎn)、目的及特征將在以下說明中部分闡明，并且部分將在對以下審查時(shí)對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員變得明顯，或可通過實(shí)踐本專利技術(shù)而了解。本專利技術(shù)的目的和其他優(yōu)點(diǎn)將通過在本書面說明及相應(yīng)權(quán)利要求以及附圖中所具體指出的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)和獲得。為實(shí)現(xiàn)與本專利技術(shù)的用途一致的上述目的及其他優(yōu)點(diǎn)，如所體現(xiàn)的和廣泛描述的，提供一種圖像傳感器，包括圖像感測部分，用于感測每個(gè)像素的光學(xué)信號，所述光學(xué)信號沿輸入路徑傳播；以及圖像對準(zhǔn)器，設(shè)置于所述圖像感測部分的輸入路徑中，用于將傾斜的光信號轉(zhuǎn)換成垂直的光信號。還應(yīng)理解，以上總體說明和以下詳細(xì)說明均為示范性和解釋性的，意在提供對如權(quán)利要求的本專利技術(shù)的進(jìn)一步的解釋。附圖說明附圖被包括以提供對本專利技術(shù)的進(jìn)一步理解且被結(jié)合并構(gòu)成本申請的一部分，說明了本專利技術(shù)的實(shí)施例且與本描述一起用于解釋本專利技術(shù)的原理。在附圖中圖1是封裝后的現(xiàn)有圖像傳感器的結(jié)構(gòu)視圖；圖2是曲線圖，說明了存在于多種現(xiàn)有圖像傳感器中的像素雜散的水平；以及圖3是根據(jù)本專利技術(shù)的圖像傳感器的示圖。具體實(shí)施例方式現(xiàn)將對本專利技術(shù)的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)引用，其實(shí)例在附圖中說明。只要可能，同一引用標(biāo)記將貫穿附圖使用以指代相同或相似部分。在圖像傳感器制造中，分辨率由圖像平面中存在的光電二極管的數(shù)目決定。隨著向高像素?cái)?shù)和小型化的趨勢，需要通過光接收透鏡聚焦到圖像平面上的來自目標(biāo)源的光以50°～60°的入射角被接收。為了高效地聚焦光，每個(gè)像素形成多個(gè)濾色器和對應(yīng)的微透鏡，使得更大的入射角朝向圖像傳感器的角形成。如果設(shè)置于濾色器層以下或金屬布線層以下的內(nèi)(下)層薄薄地形成，入射角的裕度可增加。為克服由較大入射角所引起的高折射率和較低光聚焦效率的影響和金屬光遮蔽層中的削弱其光遮蔽能力的較大孔隙的影響，本專利技術(shù)的圖像傳感器采用光纖。圖3示出根據(jù)本專利技術(shù)的使用光纖的圖像傳感器。參考圖3，經(jīng)歷了硅晶片工藝的圖像傳感器100被封裝，即設(shè)置在封裝框架140中，并且束光纖180設(shè)置在透明(例如玻璃)蓋120和微透鏡層160之間。所述光纖180封裝在所述玻璃蓋120中。光纖束具有與圖像感測部分對應(yīng)的面積(橫截面)并使用透明環(huán)氧物質(zhì)(未示出)附著于所述玻璃蓋120，以設(shè)置于濾色器層之上。所述光纖用于使用在所述光纖長度內(nèi)產(chǎn)生的折射總量，將進(jìn)入玻璃蓋120的光的傳播方向改變到垂直于圖像平面的路徑中。換言之，所述光纖構(gòu)成了將傾斜光信號轉(zhuǎn)換成垂直光信號的圖像對準(zhǔn)器，該轉(zhuǎn)換在光出了所述玻璃蓋的下表面之后執(zhí)行。因而，圖像傳感器100感測每像素的光學(xué)信號，并且所述光學(xué)信號沿圖像傳感器的輸入路徑傳播。圖像對準(zhǔn)器180設(shè)置在圖像傳感器100的輸入路徑中，以將輸入路徑的傾斜光信號轉(zhuǎn)換成垂直光信號以便通過微透鏡層160進(jìn)入圖像傳感器。每個(gè)光纖依賴于單元像素的尺寸而具有1～10μm的直徑和本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種圖像傳感器，包括：圖像感測部分，用于感測每像素的光學(xué)信號，該光學(xué)信號沿輸入路徑傳播；以及圖像對準(zhǔn)器，設(shè)置于所述圖像感測部分的輸入路徑中，用于將傾斜光信號轉(zhuǎn)換成垂直光信號。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：金相植，
申請(專利權(quán))人：東部亞南半導(dǎo)體株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：KR[韓國]