專利名稱：使用光纖的圖像傳感器的制作方法
技術領域：
本發明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。
背景技術：
圖像傳感器是將光學圖像轉換成電信號的半導體器件，包括電荷耦合器件(CCD)和具有若干金屬氧化物半導體(MOS)晶體管的CMOS圖像傳感器，所述晶體管對應于像素的數目，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芯片上。隨著傳感器的小型化和更高度集成的多像素結構，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域減小，從而降低了光敏度。為增強圖像傳感器的光敏度，可改善其填充因子；即，光電二極管區域相對于器件自身的區域增加。然而，填充因子的增加受每個光電二極管的相關邏輯和信號處理電路存在的限制。還可通過聚焦來自目標圖像的光、即入射光來獲得增強的光敏度，所述光通過例如提供給每個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離沒有光電二極管表面的相鄰區域。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形成焦點。
在任何情況下，當光電二極管區域接收更多的光時，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于微透鏡層所設置的多個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域傳播的光，并使光通過所述孔隙以打到直接設置于微透鏡下的對應光電二極管。然而，隨著入射角增大，孔隙尺寸應增大，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偏移多達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進入圖像傳感器。為了圖像的更一致再現，即，在圖像平面上的更大一致性，在進入較靠近圖像傳感器的中央區的光能和進入較靠近圖像傳感器的角區的光能的相應能量之間應有強度的平衡。為此，微透鏡被形成為在圖像平面上具有特定變化的尺寸，其中較大微透鏡設置在角區中，且微透鏡向著中央區逐漸變得更小。為獲得如此精確的尺寸變化，需要昂貴的精確掩模。同時，用于光遮蔽的金屬布線層應提供適當設置的孔以補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，導致到達下層即光電二極管的透射光的能量損失。過度的光折射可導致光打到相鄰像素的光電二極管(像素雜散)且在重現的圖像中產生模糊。
例如，在到具有1/4″光學鏡片(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°參考視角而被設計為具有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，因為控制來自上述源的光能的傳播路徑從而使光精確打到光電轉換部分、即特定光電二極管有更大的困難。這是由向更高像素數、更加小型化和增強的性能特性的趨勢導致的。這些更大的入射角還增大了焦距，進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，晶片經歷使用能量分散的X射線分光術的組裝工藝，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；以及標記(marking)。對最終產品執行封裝測試。圖1中示出封裝后的現有圖像傳感器。
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，來自目標源的光以約30°的傾角進入圖像傳感器的除中央區以外的角區。為了以最小損失將光能從目標源集中到光電轉換器件即光電二極管上，需要根據入射角向圖像傳感器的中央區適當地收縮聚光透鏡。
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，應注意的是，向著對角線的雜散光隨著增加的像素數(更高的分辨率)而增加，這需要更大的孔隙以增強對應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現。此外，隨著反射光再次進入相鄰像素，由來自目標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)。
發明內容
相應的，本發明涉及使用光纖的圖像傳感器，其基本上消除了由相關技術的局限性和缺點導致的一個或多個問題。
本發明的一個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。
本發明另外的優點、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對本領域普通技術人員變得明顯，或可通過實踐本發明而了解。本發明的目的和其他優點將通過在本書面說明及相應權利要求以及附圖中所具體指出的結構來實現和獲得。
為實現與本發明的用途一致的上述目的及其他優點，如所體現的和廣泛描述的，提供一種圖像傳感器，包括圖像感測部分，用于感測每個像素的光學信號，所述光學信號沿輸入路徑傳播；以及圖像對準器，設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換成垂直的光信號。
還應理解，以上總體說明和以下詳細說明均為示范性和解釋性的，意在提供對如權利要求的本發明的進一步的解釋。
附圖被包括以提供對本發明的進一步理解且被結合并構成本申請的一部分，說明了本發明的實施例且與本描述一起用于解釋本發明的原理。在附圖中圖1是封裝后的現有圖像傳感器的結構視圖；圖2是曲線圖，說明了存在于多種現有圖像傳感器中的像素雜散的水平；以及圖3是根據本發明的圖像傳感器的示圖。
具體實施例方式
現將對本發明的優選實施例進行詳細引用，其實例在附圖中說明。只要可能，同一引用標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目決定。隨著向高像素數和小型化的趨勢，需要通過光接收透鏡聚焦到圖像平面上的來自目標源的光以50°～60°的入射角被接收。為了高效地聚焦光，每個像素形成多個濾色器和對應的微透鏡，使得更大的入射角朝向圖像傳感器的角形成。如果設置于濾色器層以下或金屬布線層以下的內(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，本發明的圖像傳感器采用光纖。圖3示出根據本發明的使用光纖的圖像傳感器。
參考圖3，經歷了硅晶片工藝的圖像傳感器100被封裝，即設置在封裝框架140中，并且束光纖180設置在透明(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的面積(橫截面)并使用透明環氧物質(未示出)附著于所述玻璃蓋120，以設置于濾色器層之上。所述光纖用于使用在所述光纖長度內產生的折射總量，將進入玻璃蓋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，所述光纖構成了將傾斜光信號轉換成垂直光信號的圖像對準器，該轉換在光出了所述玻璃蓋的下表面之后執行。
因而，圖像傳感器100感測每像素的光學信號，并且所述光學信號沿圖像傳感器的輸入路徑傳播。圖像對準器180設置在圖像傳感器100的輸入路徑中，以將輸入路徑的傾斜光信號轉換成垂直光信號以便通過微透鏡層160進入圖像傳感器。
每個光纖依賴于單元像素的尺寸而具有1～10μm的直徑和1～10μm的長度。所述直徑介于所述單元尺寸的五分之一和五倍之間，且所述長度依賴于封裝類型。
在封裝的圖像傳感器中，其中以玻璃蓋密封封裝框架的頂，包括所述光纖束的圖像對準器設置在圖像感測部分之上并可附著到玻璃蓋的底或圖像感測部分的頂。所述光纖的光傳輸路徑可以提供紅外截止(帶阻擋)濾波器。
相應的，使用本發明的光纖束，轉換的(垂直傳播)光聚集圖像平面，從而改善了在圖像傳感器的角的入射光的光聚焦效率。因此，在通過圖案化金屬布線層以限定每個像素的、形成光遮蔽層以補償來自目標圖像的光的傾斜角的工藝中，工藝裕度可得到增加，使能聚焦效率的增大和相應改善了的光電轉換效率。更大的工藝裕度使能相對于掩蔽以及光遮蔽和濾色器層的形成的制造成本的減小。此外，不需要單獨的紅外截止濾波器，在本發明里其可由所述光纖實施并從而減小了封裝框架的尺寸，其又使能更小的光學模塊，從而使能更廣泛的應用。此外，通過在光進入光感測部分之前引起垂直光，減小了光的內部傳播距離，因為更短的焦距有利于聚焦效率。
對于本領域的技術人員將顯而易見的是，可在本發明中進行不同的修改和變化而不背離本發明的精神和范圍。因而，這意味著如果對本發明的修改和變化在所附的權利要求及其等效形式的范圍內，本發明覆蓋所述修改和變化。
權利要求
1.一種圖像傳感器，包括圖像感測部分，用于感測每像素的光學信號，該光學信號沿輸入路徑傳播；以及圖像對準器，設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換成垂直光信號。
2.如權利要求1所述的圖像傳感器，還包括圖像傳感器封裝，用于容納所述圖像感測部分和所述圖像對準器，并具有由透明蓋形成的上側。
3.如權利要求2所述的圖像傳感器，其中所述圖像對準器附著于所述透明蓋的底表面。
4.如權利要求2所述的圖像傳感器，其中所述圖像對準器附著于所述圖像感測部分的頂表面。
5.如權利要求2所述的圖像傳感器，其中所述透明蓋由玻璃制成。
6.如權利要求2所述的圖像傳感器，其中所述圖像對準器包括光纖束，設置于所述透明蓋和微透鏡層之間。
7.如權利要求6所述的圖像傳感器，其中所述光纖束中的光纖被封裝在所述透明蓋中。
8.如權利要求6所述的圖像傳感器，其中所述光纖束具有對應于所述圖像感測部分的面積。
9.如權利要求6所述的圖像傳感器，其中所述光纖束具有與所述圖像感測部分對應的區域。
10.如權利要求6所述的圖像傳感器，其中所述光纖束使用透明環氧物質來附著于所述透明蓋。
11.如權利要求6所述的圖像傳感器，其中所述光纖束設置于濾色器層之上。
12.如權利要求6所述的圖像傳感器，其中所述光纖束的每個光纖依賴于單元像素尺寸而具有1～10μm的直徑和1～10μm的長度。
13.如權利要求12所述的圖像傳感器，其中所述長度根據封裝類型而變化。
14.如權利要求12所述的圖像傳感器，其中所述光纖束的每個光纖的長度根據所述單元像素的尺寸而固定。
15.如權利要求14所述的圖像傳感器，其中所述直徑介于所述單元像素尺寸的五分之一和五倍之間。
16.如權利要求6所述的圖像傳感器，還包括紅外截止濾波器，被提供給所述光纖束的光纖。
全文摘要
提供了一種使用光纖的圖像傳感器，其中產生較少的像素雜散，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信號，所述光學信號沿輸入路徑傳播；以及圖像對準器，設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換成垂直光信號。
文檔編號H01L31/0203GK1812505SQ20051013760
公開日2006年8月2日 申請日期2005年12月26日 優先權日2004年12月30日
發明者金相植 申請人:東部亞南半導體株式會社