角度滤光器的制作方法

角度滤光器
1.本专利申请要求法国专利申请fr19/10119的优先权权益，其通过引用并入本文。
技术领域
2.本公开涉及一种用于图像传感器的角度滤光器。


背景技术：

3.角度滤光器是一种能够根据辐射的入射角来过滤入射辐射，且因此阻挡具有大于期望角度(称为最大入射角)的入射角的光线的装置。


技术实现要素：

4.需要改进角度滤光器。
5.一个实施方案提供了一种用于图像传感器的角度滤光器，其包括至少部分地覆盖有第一防潮层的不透明树脂图案。
6.根据一个实施方案，图案被完全地封装在第一防潮层和第二防潮层之间。
7.一个实施方案提供了一种角度滤光器的制造方法，其包括以下步骤：
[0008]-形成不透明的树脂图案；以及
[0009]-用第一防潮层覆盖图案。
[0010]
根据一个实施方案，该方法进一步包括在形成树脂图案之前沉积第二防潮层。
[0011]
根据一个实施方案，层对uv辐射是不透明的。
[0012]
根据一个实施方案，树脂是黑色或有色的。
[0013]
根据一个实施方案，树脂是正性的。
[0014]
根据一个实施方案，树脂图案具有矩形或梯形的横截面。
[0015]
根据一个实施方案，层具有在1至200nm的范围内，优选在10至50nm的范围内的厚度。
[0016]
根据一个实施方案，第一层、层中之一或多层由al2o3制成。
[0017]
根据一个实施方案，第一层、层中之一或多层由sin/sio2制成。
[0018]
根据一个实施方案，树脂图案之间的空间用气体，优选用空气填充。
[0019]
根据一个实施方案，树脂图案之间的空间用对在400nm至1mm范围内，优选在400nm至700nm范围内的波长透明的材料填充。
[0020]
根据一个实施方案，材料选自硅树脂、聚二甲基硅氧烷、丙烯酸树脂、环氧树脂和光学透明粘合剂。
[0021]
根据一个实施方案，通过薄层沉积方法、等离子体增强化学气相沉积方法或物理气相沉积方法沉积第一层和/或第二层。
[0022]
根据一个实施方案，通过液相沉积、通过离心或通过涂覆来沉积树脂和材料。
附图说明
[0023]
将在具体实施方式的以下非限制性的说明中结合附图详细讨论本发明的前述特征和优点以及其他的特征和优点，其中：
[0024]
图1是图像采集系统的实施方式的部分简化横截面图；
[0025]
图2是角度滤光器的示例的部分简化横截面图；
[0026]
图3在横截面图(a)、(b)和(c)中部分地且示意性地示出了角滤光器制造方式的步骤；
[0027]
图4在横截面图(a)、(b)、(c)和(d)中部分地且示意性地示出了另一种角滤光器制造方式的步骤；
[0028]
图5是角度滤光器的可替代的实施的部分简化横截面图；和
[0029]
图6是角度滤光器的另一个可替代的实施的部分简化横截面图。
具体实施方式
[0030]
在不同的附图中，相同的特征由相同的附图标记标出。具体而言，不同的实施方式和实施方案中共同的结构和/或功能元件可以用相同的附图标记标识，并且可以具有相同的结构、尺寸和材料特性。
[0031]
为了清楚起见，仅示出并详细描述了那些对理解所述的实施方式有用的步骤和元件。特别地，没有详细描述图像传感器和除了角度滤光器之外的元件的形成，所述的实施方案和实施方式与传感器和这些其他元件的通常实施方案相容。
[0032]
除非另有说明，当提及连接在一起的两个元件时，这表示除了导体之外没有任何中间元件的直接连接，且当提及耦合在一起的两个元件时，这表示这两个元件可以通过一个或多个其他元件连接或耦合。
[0033]
在以下公开中，除非另有说明，当提及绝对位置限定词时，例如术语“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”等，或相对位置限定词，例如术语“上方(above)”、“下方(below)”、“上面(upper)”、“下面(lower)”等，或方向的限定词，例如“水平”、“垂直”等，它是指附图所示的方向。
[0034]
除非另有说明，表述“约(around)”、“大约(approximately)”、“基本上(substantially)”和“大约(in the order of)”表示在10％以内，优选在5％以内。
[0035]
图1是图像采集系统1的实施方案的部分简化横截面图。
[0036]
该附图图示了部分示出的物体16的存在，它的图像响应由图像采集系统1捕获。图像采集系统1在附图的方向上从下到上包括：
[0037]-图像传感器12，例如，cmos传感器或基于薄膜晶体管(tft)的传感器，其可以耦合到无机(用于cmos传感器的晶体硅或用于tft传感器的非晶硅)光电二极管或有机光电二极管上；
[0038]-角度滤光器2；和
[0039]-光源14。
[0040]
光源14被图示在物体16上方。然而，作为变型，它可以位于物体16和角度滤光器2之间。
[0041]
由光源14发射的辐射可以是400至700nm的可见光辐射，和/或700nm至1mm的红外
辐射。在应用于测定指纹的情况下，物体16对应于用户的手指。
[0042]
图2是通常的角度滤光器2’的一个示例的部分简化横截面图。
[0043]
角度滤光器2’在附图的方向上从上到下由以下形成：
[0044]-微透镜22；
[0045]-基板或支撑件24；以及
[0046]-搁置在基板24上并界定孔28的壁或图案26。
[0047]
在本公开的意义上，“透明的”表示一种材料在相关波长中允许大于1％的辐射通过，而“不透明的”表示一种材料在相关波长中允许小于1％的辐射通过。
[0048]
壁对应于树脂图案26。该树脂由至少吸收要过滤的波长的材料制成。该树脂可以是在可见光和红外范围内吸收的黑色树脂，或者是吸收给定颜色的可见光的有色树脂。树脂图案26可以具有矩形或梯形的横截面。两个图案26之间的空间被定义为孔28。
[0049]
基板24可以由透明聚合物制成，该聚合物至少不吸收所考虑的波长(本文是在可见光和红外范围内的)。聚合物尤其可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯pet、聚甲基丙烯酸甲酯pmma、环烯烃聚合物(cop)、聚酰亚胺(pi)、聚碳酸酯(pc)制成。基板24的厚度可以例如从1至100μm，优选地从20至100μm变化。基板24可以对应于彩色滤光片、偏光片、半波片或四分之一波片。
[0050]
微透镜22位于每个孔28的前面。每个孔28基本上以相关联的微透镜22的焦点为中心。微透镜22可以由二氧化硅、pmma、环氧树脂或丙烯酸树脂制成。
[0051]
因此，由光源14发射的光线由微透镜22聚焦在它们的触点上。聚焦到角度滤光器2’的孔28中的光线被图像传感器12中存在于滤光器出口处的光电探测器捕获。聚焦到树脂图案26上的光线被树脂图案吸收。
[0052]
发明人已经观察到，在超出对应于0至40℃的环境温度、大约1,013hpa的大气压力和20至50％范围内的相对湿度的正常使用条件之外，通常地在大约80℃的环境温度和大约80％的相对湿度下，角度滤光器2’经历加速老化。树脂26变得不稳定，且孔28关闭，这改变了滤光器2'的性能。暴露于uv辐射(其是具有在10至400nm范围内的波长的电磁辐射)可以进一步加速该现象。
[0053]
所述的实施方式和实施方案提供了对滤光器2’的树脂图案26的部分地或全部地封装，以保护它们至少免受湿气，并且优选地免受uv辐射。根据图案的性质，封装图案的材料也可以是不透气的。
[0054]
在本公开的意义上，具有小于10g/天/m2的水蒸气透过率(wvtr)的材料称为“致密的”。
[0055]
图3在视图(a)、(b)和(c)中部分地且示意性地示出了制造角度滤光器2的方法的步骤。
[0056]
视图(a)部分地且示意性地示出了微透镜22和基板24的堆栈61。
[0057]
视图(b)部分地且示意性地示出了基板24和微透镜22和树脂图案26的堆栈63。
[0058]
该堆栈63可以对应于通常的角度滤光器，例如图2的滤光器2’。
[0059]
图3的视图(b)中示出的制造堆栈63的方法的实施方式包括以下步骤：
[0060]-通过离心或涂覆，在基板24上沉积不透明的正性树脂(有色的或黑色的)；
[0061]-在树脂中光刻待蚀刻的图案；以及
[0062]-使树脂显影(光刻蚀刻)以仅保留图案26。
[0063]
图3的视图(b)中示出的制造堆栈63的方法的另一种实施方式包括以下步骤：
[0064]-通过光刻蚀刻步骤在基板24上形成透明树脂模具，模具具有与图案26的期望形状互补的形状；
[0065]-用树脂(有色的或黑色的)填充模具，形成图案26；以及
[0066]-移除模具，例如，通过“提升”方法。
[0067]
图3的视图(b)中示出的制造堆栈63的方法的另一种实施方式包括以下步骤：
[0068]-通过涂覆或离心在基板24上沉积树脂膜(有色或黑色的)；以及
[0069]-在树脂膜上穿孔。
[0070]
可以通过使用例如包括微针的微穿孔工具来进行穿孔，以获得对应于图案26的孔28的期望尺寸和孔28的期望间距。
[0071]
作为一种变型，可以通过激光烧蚀进行膜的穿孔。
[0072]
图3的视图(c)部分地且示意性地示出了一种角度滤光器2。
[0073]
根据该实施方案，图3的视图(b)的堆栈63的树脂图案26用第一层42覆盖，该第一层42至少防潮，并且优选地对uv辐射不透明。
[0074]
图3的视图(c)中示出的制造角度滤光器2的方法的实施方式包括通过薄层沉积(ald-原子层沉积)方法共形沉积al2o3层42。然后，层42具有例如约1至50nm、优选10至50nm范围内的厚度。
[0075]
图3的视图(c)中示出的制造角度滤光器2的方法的另一种实施方式包括通过等离子体增强化学气相沉积(pecvd-等离子体增强化学气相沉积)方法共形沉积sin/sio2层42。然后，层42具有例如约10至200nm、优选10至50nm范围内的厚度。
[0076]
图4在横截面图(a)、(b)、(c)和(d)中部分地且示意性地示出了另一种角滤光器2的制造方式的步骤。
[0077]
视图(a)部分地且示意性地示出了微透镜22和基板24的堆栈61。
[0078]
视图(b)部分地且示意性地示出了基板24和微透镜22和第二层44(至少防潮且优选地对uv辐射不透明)的堆栈65。
[0079]
图4的视图(b)中示出的制造堆栈65的方法的实施方式包括通过薄层沉积(ald-原子层沉积)方法在基板24上全板沉积al2o3层44。然后，层44具有例如约1至50nm、优选10至50nm范围内的厚度。
[0080]
图4的视图(b)中示出的制造堆栈65的方法的另一种实施方式包括通过等离子体增强化学气相沉积(pecvd-等离子体增强化学气相沉积)方法在基板24上全板沉积sin/sio2层44。然后，层44具有例如约10至200nm、优选10至50nm范围内的厚度。
[0081]
图4的视图(c)部分地且示意性地示出了层44、基板24和微透镜22和树脂图案26的堆栈67。
[0082]
图4的视图(c)中示出的制造堆栈67的方法的实施方式包括与图3的步骤(b)相同的方式的以下步骤：
[0083]-通过涂覆或离心，在致密层44上沉积不透明的正性树脂(有色或黑色的)；
[0084]-在有色或黑色的树脂中光刻待蚀刻的图案；以及
[0085]-使树脂显影(光刻蚀刻)以仅保留图案26。
[0086]
图4的视图(c)中示出的制造堆栈67的方法的另一种实施方式包括与图3的步骤(b)相同的方式的以下步骤：
[0087]-通过光刻蚀刻步骤在致密层44上形成透明树脂模具，该模具具有与图案26的期望形状互补的形状；
[0088]-用树脂(黑色或有色的)填充模具，形成图案26；以及
[0089]-移除模具，例如通过“提升”方法。
[0090]
图4的视图(c)中示出的制造堆栈67的方法的另一种实施方式包括与图3的步骤(b)相同的以下步骤：
[0091]-通过涂覆或离心在致密层44上沉积树脂膜(有色或黑色的)；以及
[0092]-在树脂膜上穿孔。
[0093]
可以通过使用例如包括微针的微穿孔工具来进行穿孔，以获得对应于图案26的孔28的期望尺寸和孔28的期望间距。
[0094]
作为一种变型，可以通过激光烧蚀进行膜的穿孔。
[0095]
图4的视图(d)部分地且示意性地示出了一种角度滤光器2。
[0096]
根据该实施方案，图4的视图(c)的堆栈67的树脂图案26用层42覆盖，该层42至少防潮，并且优选地对uv辐射不透明。
[0097]
因此，与图3的实施方案相比，图4的实施方案提供了树脂图案26的完全封装。
[0098]
图4的视图(d)中示出的制造角度滤光器2的方法的实施方式包括通过薄层沉积(ald-原子层沉积)方法共形沉积al2o3层。然后，层42具有例如约1至50nm、优选10至50nm范围内的厚度。
[0099]
图4的视图(d)中示出的制造角度滤光器2的方法的另一种实施方式包括通过等离子体增强化学气相沉积(pecvd)方法共形沉积sin/sio2层。然后，层42具有例如约10至200nm、优选10至50nm范围内的厚度。
[0100]
在图3和4的实施方案中，孔28是空的或者填充有空气或气体，传感器12(图1)搁置在图案26上。
[0101]
图5是角度滤光器2的可替代的实施的部分简化横截面图。
[0102]
根据该变型，在图3中详细描述的步骤之后，通过涂布(spreading)、通过离心或通过涂覆进行防潮填充材料46的沉积。材料46在可见光和红外范围内是完全透明的。材料46的厚度为例如在1nm至50μm，优选地在1nm至25μm的范围内。材料46可以是硅树脂、聚二甲基硅氧烷pdms、环氧树脂、丙烯酸树脂或光学透明粘合剂(oca)。
[0103]
填充孔28带来的一个优点是，这使得能够在图3的步骤(c)中，在覆盖树脂图案26的水平上进行非共形沉积。
[0104]
因此，该步骤(c)可以是通过物理气相沉积(pvd)的sin/sio2的(非共形)沉积。
[0105]
图6是角度滤光器2的另一种可替代的实施的部分简化横截面图。
[0106]
根据该变型，在图4中详细描述的步骤之后，通过涂布、通过离心或通过涂覆进行防潮填充材料46的沉积。材料46在图像传感器感兴趣的波长内是完全透明的，优选地在可见光范围内是透明的。材料46的厚度为例如在1nm至25μm，优选地10nm至3μm的范围内。材料46可以是硅树脂、聚二甲基硅氧烷pdms、环氧树脂、丙烯酸树脂或光学透明粘合剂(oca-光学透明粘合剂)。
[0107]
对于图5的变型，孔28的这样的填充使得能够在图4的步骤(d)中在覆盖树脂图案26的水平上进行非共形沉积。
[0108]
因此，该步骤(d)可以是通过物理气相沉积(pvd)的sin/sio2的(非共形)沉积。
[0109]
在图5和6的实施方案中，传感器12搁置在材料46的表面。
[0110]
所述的实施方案和实施方式的一个优点是改善了角度滤光器的孔28的形状参数的稳定性。角滤光器2没有经历加速老化，且它们的寿命因此延长了。
[0111]
所述的实施方案和实施方式的另一个优点是它们与通常的沉积和蚀刻技术相容。
[0112]
已经描述了各种实施方式和变型。本领域技术人员将理解，可以组合这些不同实施方式和变型的某些特征，并且本领域技术人员将想到其他变型。特别地，封装层的不同沉积方式之间的选择取决于应用，并且例如取决于可用的技术。此外，不透明度和透明度水平取决于所使用的材料。
[0113]
最后，基于上述给出的功能指示，所述的实施方式和变型的实际实施在本领域技术人员的能力范围内。