影像感测元件及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种光电元件及其制造方法，且特别是涉及一种影像感测元件及其制造方法。


背景技术：

2.在光电技术领域中，影像感测元件是一种重要的元件，举凡各种量测或影像撷取都需要它。在可取得彩色影像的影像传感器中，在影像感测单元阵列的上方可设有彩色滤光阵列与微透镜阵列。
3.对于斜向入射影像感测单元的光而言，尤其是射向影像感测元件的边缘区域的光，由于不同波长的光线具有不同折射率，因此微透镜阵列会将不同波长的光聚焦在影像感测单元的不同位置，进而影响了感测的准确性。为了解决此问题，一种作法是让不同颜色的滤光单元上的微透镜相对影像感测单元以不同的位移量偏移，而使不同颜色的光都能够被聚焦于影像感测单元的中心。
4.然而，当影像感测元件的像素尺寸越来越小时，当微透镜的填充因数(fill factor)越做越大而相邻微透镜间距越做越小时，当主光线角(chief ray angle)越做越大而需加大微透镜相对于影像感测单元的偏移量时，或当感测的光因包括紫外光或红外光而需加大微透镜相对于影像感测单元的偏移量时，相邻的微透镜在最佳设计值下会发生位置重叠干涉，这时就需要牺牲微透镜的最佳偏移量设计，进而影响了影像感测元件的感测准确性与感测效果。


技术实现要素：

5.本发明是针对一种影像感测元件，其对多种颜色的影像的感测具有良好的准确性与效果。
6.本发明是针对一种影像感测元件的制造方法，其所制造出的影像感测元件对多种颜色的影像的感测具有良好的准确性与效果。
7.本发明的一实施例提出一种影像感测元件，包括影像传感器、彩色滤光单元组及光线偏折单元组。影像传感器具有多个排成阵列的子像素，彩色滤光单元组配置于影像传感器上方，且具有多个第一滤光单元及多个第二滤光单元。第一滤光单元及第二滤光单元的每一个在光路上分别与一个子像素对应，其中第一滤光单元的中心穿透波长大于第二滤光单元的中心穿透波长。光线偏折单元组配置于彩色滤光单元组与影像传感器之间，且具有多个第一光线偏折单元。第一光线偏折单元的折射率大于第二滤光单元与对应的多个子像素之间的介质的折射率，且第一光线偏折单元在光路上分别与第一滤光单元对应。来自外界的光在经过第一滤光单元及第二滤光单元后，分别被第一光线偏折单元偏折至及被介质传递至对应的多个子像素。
8.本发明的一实施例提出一种影像感测元件，包括影像传感器及彩色滤光单元组。影像传感器具有多个排成阵列的子像素，彩色滤光单元组配置于影像传感器上方，且具有
多个第一滤光单元及多个第二滤光单元。第一滤光单元及第二滤光单元的每一个在光路上分别与一个子像素对应，其中第一滤光单元的中心穿透波长大于第二滤光单元的中心穿透波长，且第一滤光单元的折射率大于第二滤光单元的折射率。来自外界的光在经过第一滤光单元及第二滤光单元后，分别偏折至对应的多个子像素。
9.本发明的一实施例提出一种影像感测元件的制造方法，包括：提供影像传感器，影像传感器具有多个排成阵列的子像素；在影像传感器上方形成光线偏折单元组，光线偏折单元组具有多个第一光线偏折单元，分别位于部分的子像素上方；以及在光线偏折单元组上形成彩色滤光单元组，彩色滤光单元组具有多个第一滤光单元及多个第二滤光单元。第一滤光单元及第二滤光单元的每一个在光路上分别与一个子像素对应，其中第一滤光单元的中心穿透波长大于第二滤光单元的中心穿透波长，且第一光线偏折单元的折射率大于第二滤光单元与对应的多个子像素之间的介质的折射率。
10.本发明的一实施例提出一种影像感测元件的制造方法，包括：提供影像传感器，影像传感器具有多个排成阵列的子像素；以及在影像传感器上方形成彩色滤光单元组。彩色滤光单元组具有多个第一滤光单元及多个第二滤光单元，第一滤光单元及第二滤光单元的每一个在光路上分别与一个子像素对应。第一滤光单元的中心穿透波长大于第二滤光单元的中心穿透波长，且第一滤光单元的折射率大于第二滤光单元的折射率。
11.在本发明的实施例的影像感测元件及其制造方法中，由于采用不同折射率的光线偏折单元来折射不同波长的光，或是采用不同折射率的滤光单元来折射不同波长的光，因此不同波长的斜向入射光可以被准确地会聚至对应的子像素。所以，本发明的实施例的影像感测元件或本发明的实施例的影像感测元件的制造方法所制造出来的影像感测元件对多种颜色的影像的感测具有良好的准确性与效果。
附图说明
12.图1a为本发明的一实施例的影像感测元件的侧视示意图。
13.图1b为图1a的影像感测元件于a1区中的剖面示意图。
14.图2为图1a的另一实施例的影像感测元件于a1区中的剖面示意图。
15.图3为图1b的影像感测元件的制造方法的流程图。
16.图4为图2的影像感测元件的制造方法的流程图。
具体实施方式
17.现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
18.图1a为本发明的一实施例的影像感测元件的侧视示意图，而图1b为图1a的影像感测元件于a1区中的剖面示意图。请参照图1a与图1b，本实施例的影像感测元件100包括影像传感器110、彩色滤光单元组200及光线偏折单元组300。影像传感器110具有多个排成阵列的子像素112。在本实施例中，影像传感器110例如为互补式金氧半导体(complementary metal oxide semiconductor,cmos)影像传感器、电荷耦合器件(charge coupled device,ccd)或其他适当的影像传感器，而子像素112中可具有光电二极管，以感测来自外界的光50。彩色滤光单元组200配置于影像传感器110上方，且具有多个第一滤光单元210及多个第
二滤光单元220。每一个第一滤光单元210及第二滤光单元220在光路上分别与一个子像素112对应。在本实施例中，彩色滤光单元具有交替排列的多个第一滤光单元210与多个第二滤光单元220，而每一个子像素112上方皆设有滤光单元。然而，在另一实施例中，也可以是大部分的子像素112上方不设有滤光单元或设有不具滤光功能的材质，而一个第一滤光单元210和一个第二滤光单元220以边对边或角对角方式相邻而形成一个群组，散落于少部分的一些子像素112上方。在一实施例中，第一滤光单元210的中心穿透波长大于第二滤光单元220的中心穿透波长。光线偏折单元组300配置于彩色滤光单元组200与影像传感器110之间，且具有多个的第一光线偏折单元310。在一实施例中，第一光线偏折单元310的折射率大于位于第二滤光单元220及对应的子像素之间的介质322的折射率，且第一光线偏折单元310在光路上分别与第一滤光单元210对应。在本实施例中，光线偏折单元组300具有间隔排列的第一光线偏折单元310，而每一个子像素112上方都有滤光单元。然而，在第一滤光单元210和第二滤光单元220的群组散落于少部分的子像素112上方的实施例中，第一光线偏折单元310也可以散落于这些群组的第一滤光单元210下方。
19.来自外界的光50在经过第一滤光单元210及第二滤光单元220后，分别被第一光线偏折单元310及介质322传递至对应的多个子像素112。具体而言，第一滤光单元210例如为红色滤光单元，第二滤光单元220例如为绿色滤光单元，光50在经过第一滤光单元210后变为红光52，然后红光52被第一光线偏折单元310偏折至子像素112r。同理，光50在经过第二滤光单元220后变为绿光54，然后绿光54被介质322传递至子像素112g。
20.在另一实施例中，彩色滤光单元组200可包含多个第三滤光单元230。第一滤光单元210、第二滤光单元220及第三滤光单元230在光路上分别与子像素112r、112g及112b对应。在本实施例中，第一滤光单元210、第二滤光单元220及第三滤光单元230交替排列，而每一个子像素112上方皆设有滤光单元。然而，在另一实施例中，也可以是大部分的子像素112上方不设有滤光单元，而一个第一滤光单元210、一个第二滤光单元220和一个第三滤光单元230以边对边或角对角的方式相邻而形成一个群组(例如直线形群组、斜线形群组或v字形群组)，多个这样的群组散落于少部分的子像素112上方。在本实施例中，第二滤光单元220的中心穿透波长大于第三滤光单元230的中心穿透波长。举例而言，第三滤光单元230例如为蓝色滤光单元。在一实施例中，光线偏折单元组300更具有多个第二光线偏折单元320及多个第三光线偏折单元330(第三光线偏折单元330也可以是以另一种介质取代)，其中上述介质322即为第二光线偏折单元320。在本实施例中，第一光线偏折单元310、第二光线偏折单元320及第三光线偏折单元330交替排列，而每一个子像素112上方都有滤光单元。然而，在第一滤光单元210、第二滤光单元220和第三滤光单元230的群组散落于少部分的子像素112上方的实施例中，第一光线偏折单元310、第二光线偏折单元320及第三光线偏折单元330也可以分别散落于这些群组的第一滤光单元210、第二滤光单元220和第三滤光单元230下方。在本实施例中，第一光线偏折单元310的折射率大于第二光线偏折单元320的折射率，第二光线偏折单元320的折射率大于第三光线偏折单元330的折射率，且第一光线偏折单元310、第二光线偏折单元320及第三光线偏折单元330在光路上分别与第一滤光单元210、第二滤光单元220及第三滤光单元230对应。来自外界的光50在经过第一滤光单元210、第二滤光单元220及第三滤光单元230后，分别被第一光线偏折单元310、第二光线偏折单元320及第三光线偏折单元330传送至对应的子像素112r、112g及112b。
21.具体来说，在本实施例中，光50经过第二滤光单元220之后变成绿光54，而第二光线偏折单元320将绿光54偏折至子像素112g。光50经过第三滤光单元230之后变成蓝光56，而第三光线偏折单元330将蓝光56偏折至子像素112b。
22.在本实施例中，影像感测元件100，还包括透镜阵列120，包括多个排成阵列的透镜122，透镜122分别配置于第一滤光单元210、第二滤光单元220及第三滤光单元230上。在其他实施例中，透镜122除了配置于第一滤光单元210、第二滤光单元220及第三滤光单元230上之外，也可以配置于一些子像素上方，而这些子像素上方可以没有滤光单元。
23.对于不设有光线偏折单元组300的一个影像感测元件的对照组而言，透镜122对于来自外界的光50中的红光52的折射率最小，对于绿光54的折射率次之，而对于蓝光56的折射率最大，因此对于斜向入射透镜阵列120的光50而言，当光50通过第一滤光单元210而变为红光52后，会被会聚至子画素112r在图中偏右的位置，当光50通过第二滤光单元220而变为绿光54后，会被会聚至子画素112g的中央位置，而当光50通过第三滤光单元230而变为蓝光56后，会被会聚至子画素112b在图中偏左的位置。如此一来，红光52与蓝光56不会得到良好且准确的感测，而影响了影像感测元件的感测准确度与效果。
24.相较之下，在本实施例的影像感测元件100中，由于采用了光线偏折单元组300，让折射率最高的第一光线偏折单元310负责偏折红光52，让折射率次之的第二光线偏折单元320负责偏折绿光54，且让折射率最低的第三光线偏折单元330负责偏折蓝光56，其中此处第一、第二及第三光线偏折单元310、320及330互相比较的折射率例如都是统一指对绿光54的折射率，亦即此处光50是以通过第一滤光单元210、第二滤光单元220及第三滤光单元230(即红色、绿色及蓝色滤光单元)为例，而形成红光52、绿光54及蓝光56，其中中间的波长是对应到绿光54，故上述互相比较的折射率是统一指对绿光54的折射率。如此一来，红光52便能够被会聚至子像素112r的中央，绿光54能够被会聚至子像素112g的中央，且蓝光56能够被会聚至子像素112b的中央，因此本实施例的影像感测元件100能够具有良好的感测准确度与效果。
25.在本实施例中，在偏离影像感测元件100的中央c1处，第一滤光单元210、第二滤光单元220及第三滤光单元230相对于对应的子画素112往影像传感器110的中央偏移(即是往中央c1偏移)。此外，在本实施例中，第一光线偏折单元310、第二光线偏折单元320及第三光线偏折单元330对准对应的子像素112r、112g及112b(举例而言，第一光线偏折单元310的中心、第二光线偏折单元320的中心及第三光线偏折单元330的中心分别对准对应的子像素112r的中心、子像素112g的中心及子像素112b的中心)，且第一滤光单元210、第二滤光单元220及第三滤光单元230相对于对应的第一光线偏折单元310、第二光线偏折单元320及第三光线偏折单元330往影像传感器110的中央偏移(即是往中央c1偏移)。
26.在本实施例的影像感测元件100中，由于采用了光线偏折单元组300对红光52、绿光54及蓝光56作不同程度的偏折，因此分别对应至第一滤光单元210、第二滤光单元220及第三滤光单元230的相邻三个透镜122相对于对应的子像素112r、112g及112b的偏移程度可以相同或相近，因而不会有现有技术中相邻的透镜122在位置上发生干涉的问题，而且当影像感测元件100的像素越做越小时，当透镜122的填充因数(fill factor)越做越大而相邻的透镜122间距越做越小时，当主光线角(chief ray angle)越做越大而需加大透镜122相对于子像素112的偏移量时，或当感测的光50包括紫外光或红外光而需加大透镜122相对于
子像素112的偏移量时，相邻的透镜122仍然不会有在位置上互相干涉的问题，而是透镜122的偏移量可以设计在最佳位置，而仍能使目标波长的光正确地会聚至子像素。如此设计的影像感测元件100的光谱串扰(spectrum crosstalk)较低。
27.在本实施例中，光线偏折单元组300的厚度t2与彩色滤光单元组200的厚度t1的比值是落在0.8至38的范围内。
28.在本实施例中，影像感测元件100还包括间隔元件130，配置于影像传感器110与光线偏折单元组300之间，其中间隔元件130可为堆栈的膜层，例如为堆栈的透明介质层。
29.图2为图1a的另一实施例的影像感测元件于a1区中的剖面示意图。请参照图2，本实施例的影像感测元件100a类似于图1b的影像感测元件100，而两者的差异在于，在图1b的影像感测元件100中，第一、第二及第三滤光单元210、220及230的折射率是相等或约略相等的，其采用光线偏折单元组300来对不同颜色的光作不同程度的偏折。相较之下，图2所示的实施例的影像感测元件100a并不采用光线偏折单元组，而是使第一、第二及第三滤光单元210a、220a及230a本身的折射率不同(此处的折射率例如是统一为对绿光的折射率)，以对不同颜色的光作不同程度的偏折。
30.具体而言，在本实施例中，第一滤光单元210a的中心穿透波长大于第二滤光单元220a的中心穿透波长，第一滤光单元210a的折射率大于第二滤光单元220a的折射率，来自外界的光50在经过第一滤光单元210a及第二滤光单元220a的偏折后，分别被传送至对应的多个子像素112r及112g。
31.在本实施例中，第二滤光单元220a的中心穿透波长大于第三滤光单元230a的中心穿透波长，第二滤光单元220a的折射率大于第三滤光单元230a的折射率，来自外界的光50在经过第一滤光单元210a、第二滤光单元220a及第三滤光单元230a的偏折后，分别被传送至对应的子像素112r、112g及112b。在本实施例中，第一滤光单元210a例如为红色滤光单元，第二滤光单元220a例如为绿色滤光单元，而第三滤光单元230a例如为蓝色滤光单元。光50在依序通过透镜122与第一滤光单元210a后，变成红光52，而红光52被偏折至子像素112r。光50在依序通过透镜122与第二滤光单元220a后，变成绿光54，而绿光54被偏折至子像素112g。光50在依序通过透镜122与第三滤光单元230a后，变成蓝光56，而蓝光56被偏折至子像素112b。
32.对于不设有光线偏折单元组且各色滤光单元的折射率均大致相同的传统影像感测元件的对照组而言，透镜122对于来自外界的光50中的红光52的折射率最小，对于绿光54的折射率次之，而对于蓝光56的折射率最大，因此对于斜向入射透镜阵列120的光50而言，当光通过红色滤光单元而变为红光52后，会被会聚至子画素112r在图中偏右的位置，当光50通过绿色滤光单元而变为绿光54后，会被会聚至子画素112g的中央位置，而当光50通过蓝色滤光单元而变为蓝光56后，会被会聚至子画素112b在图中偏左的位置。如此一来，红光52与蓝光56不会得到良好且准确的感测，而影响了影像感测元件的感测准确度与效果。
33.相较之下，在本实施例的影像感测元件100a中，由于使第一滤光单元210a的折射率最大，第二滤光单元220a的折射率次之，而第三滤光单元230a的折射率最小，因此第一滤光单元210a能对红光52作最大程度的偏折，第二滤光单元220a对绿光54的偏折程度则次之，而第三滤光单元230a对蓝光56作最小程度的偏折。如此一来，红光52便能够被会聚至子像素112r的中央，绿光54能够被会聚至子像素112g的中央，且蓝光56能够被会聚至子像素
112b的中央，因此本实施例的影像感测元件100能够具有良好的感测准确度与效果。
34.在本实施例中，在偏离影像感测元件100a的中央处(可参照图1a的影像感测元件100的中央c1处)，第一滤光单元210a、第二滤光单元220a及第三滤光单元230a相对于对应的子画素112r、112g及112b往影像传感器的中央偏移(即往中央c1处偏移)。
35.在本实施例的影像感测元件100a中，由于采用了不同折射率的第一滤光单元210a、第二滤光单元220a及第三滤光单元230a来对红光52、绿光54及蓝光56作不同程度的偏折，因此分别对应至第一滤光单元210a、第二滤光单元220a及第三滤光单元230a的相邻三个透镜122相对于对应的子像素112r、112g及112b的偏移程度可以相同或相近，因而不会有现有技术中相邻的透镜122在位置上发生干涉的问题，而且当影像感测元件100a的像素越做越小时，当透镜122的填充因数(fill factor)越做越大而相邻的透镜122间距越做越小时，当主光线角(chief ray angle)越做越大而需加大透镜122相对于子像素112的偏移量时，或当感测的光50包括紫外光或红外光而需加大透镜122相对于子像素112的偏移量时，相邻的透镜122仍然不会有在位置上互相干涉的问题，而是透镜122的偏移量可以设计在最佳位置，而仍能使目标波长的光正确地会聚至子像素。如此设计的影像感测元件100a的光谱串扰较低。
36.在本实施例中，彩色滤光单元组200a的厚度t1a是落在0.4微米_至2.5微米的范围内。此外，在本实施例中，间隔元件130配置于影像传感器110与彩色滤光单元组200a之间。
37.图3为图1b的影像感测元件的制造方法的流程图。请参照图1b与图3，本实施例的影像感测元件的制造方法用以制造图1b的影像感测元件100，且包括下列步骤。首先，执行步骤s110，提供影像传感器110。影像传感器110的细节可参照上述图1a与图1b的实施例，在此不再重述。接着，执行步骤s120，在影像传感器110上方形成光线偏折单元组300，例如是先将间隔元件130设于影像传感器110上，然后再将光线偏折单元组300设于间隔元件130上。光线偏折单元组300的细部构造及其与影像传感器110的位置关系可参照上述图1a与图1b的实施例，在此不再重述。然后，执行步骤s130，在光线偏折单元组300上形成彩色滤光单元组200。彩色滤光单元组200的细部构造与其与其他元件的位置关系请参照图1a与图1b的实施例，在此不再重述。之后，执行步骤s140，在彩色滤光单元组200上形成透镜阵列120，透镜阵列120的细部构造以及与其他元件的位置关系请参照图1a与图1b的实施例，在此不再重述。
38.在本实施例中，在光线偏折单元组300上形成彩色滤光单元组200的方法为光刻法。此外，在一实施例中，在光线偏折单元组300上形成彩色滤光单元组200的方法包括以光刻法先形成第二滤光单元220，之后再以光刻法形成第三滤光单元230与第一滤光单元210。另外，在本实施例中，在影像传感器110上方形成光线偏折单元组300的方法可以是光刻法，而在彩色滤光单元组200上形成透镜阵列120的方法也可以是光刻法。
39.图4为图2的影像感测元件的制造方法的流程图。请参照图2与图4，本实施例的影像感测元件的制造方法用以制造图2的影像感测元件100a，且包括下列步骤。首先，执行步骤s210，提供影像传感器110。影像传感器110的细节可参照上述图1a与图1b的实施例，在此不再重述。接着，执行步骤s220，在影像传感器110上方形成彩色滤光单元组200a，例如是先将间隔元件130设于影像传感器110上，然后再将彩色滤光单元组200a设于间隔元件130上。彩色滤光单元组200a的细部构造及其与影像传感器110的位置关系可参照上述图2的实施
例，在此不再重述。然后，执行步骤s230，在彩色滤光单元组200a上形成透镜阵列120，透镜阵列120的细部构造与其与其他元件的位置关系请参照图1a与图1b的实施例，在此不再重述。
40.在本实施例中，在影像传感器110上方形成彩色滤光单元组200的方法为光刻法。此外，在一实施例中，在影像传感器110上方形成彩色滤光单元组200的方法包括以光刻法先形成第二滤光单元220a，之后再以光刻法形成第三滤光单元230a与第一滤光单元210a。另外，在彩色滤光单元组200a上形成透镜阵列120的方法也可以是光刻法。
41.综上所述，在本发明的实施例的影像感测元件及其制造方法中，由于采用不同折射率的光线偏折单元来折射不同波长的光，或是采用不同折射率的滤光单元来折射不同波长的光，因此不同波长的斜向入射光可以被准确地会聚至对应的子像素。所以，本发明的实施例的影像感测元件或本发明的实施例的影像感测元件的制造方法所制造出来的影像感测元件对多种颜色的影像的感测具有良好的准确性与效果。
42.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。