據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的聚焦層和像素透鏡的示例的透視圖。
[0030]如圖2A、圖2B和圖3A至圖3C中所例示的，每個(gè)單位像素110可以包括基板210、聚焦層230、像素透鏡240、濾色層250和抗反射結(jié)構(gòu)260或270?；?10可以包括光電轉(zhuǎn)換元件220。聚焦層230可以形成在基板210之上。像素透鏡240可以形成在聚焦層230之上并包括多個(gè)聚光層。在所述多個(gè)聚光層中，下部層具有比上部層更大的面積或關(guān)鍵尺寸(⑶)。濾色層250可以形成在聚焦層230之上以便覆蓋像素透鏡240。抗反射結(jié)構(gòu)260或270可以形成在濾色層250之上。
[0031 ] 在本實(shí)施例中，像素透鏡240可以包括第一聚光層241，其形成在聚焦層230之上，以及第二聚光層242，其形成在第一聚光層241之上并且具有比第一聚光層241更小的面積。第一聚光層241可以形成下部層，而第二聚光層242可以形成上部層。因此，第一聚光層和下部層可以由相同的標(biāo)記241表示，而第二聚光層和上部層可以由相同的標(biāo)記242表不O
[0032]基板210可以包括半導(dǎo)體基板。半導(dǎo)體基板可以具有單晶態(tài)，并包括含硅材料。即，基板210可以包括單晶含硅材料。
[0033]光電轉(zhuǎn)換元件220可以包括光電二極管。例如，形成在基板210之上的光電轉(zhuǎn)換元件220可以包括垂直層疊的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換層(未示出)。光電轉(zhuǎn)換層中的每個(gè)均可以用作包括N型雜質(zhì)區(qū)和P型雜質(zhì)區(qū)的光電二極管。
[0034]聚焦層230可以用于調(diào)整通過像素透鏡240會(huì)聚的入射光到達(dá)光電轉(zhuǎn)換元件220的距離(即，焦距)。由于聚焦層230，因此可以在不改變曲率的情況下調(diào)整焦距，不同于使用具有給定曲率的半球形微透鏡來調(diào)整焦距的常規(guī)裝置。此外，可以在有限空間內(nèi)設(shè)定更短的焦距。焦距可以與聚焦層230的厚度T成反比。例如，焦距可以隨著聚焦層230的厚度T增大而縮短，并隨著聚焦層230的厚度T減小而延長。
[0035]為了將經(jīng)由像素透鏡240會(huì)聚的入射光有效地傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換元件220，聚焦層230可以具有與像素透鏡240相同的面積或比像素透鏡240大的面積。聚焦層230可以具有與每個(gè)單位像素110相應(yīng)的形狀。因此，在相鄰單位像素110之間，聚焦層230可以彼此接觸。例如，聚焦層230可以具有矩形形狀。
[0036]為了將經(jīng)由像素透鏡240會(huì)聚的入射光更有效地傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換元件220，聚焦層230可以具有比像素透鏡240更大的折射率。至于聚焦層230，可以應(yīng)用具有比像素透鏡240更大的折射率的任何材料。
[0037]由于聚焦層230位于濾色層250的底部，因此能夠應(yīng)用在典型半導(dǎo)體制造工藝中所使用的各種材料。例如，能夠用作聚焦層230的透明材料可以包括諸如氧化硅、氮化硅和氮化鈦等無機(jī)材料，。聚焦層230可以具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，在多層結(jié)構(gòu)中層疊具有不同折射率的透明材料。當(dāng)聚焦層230具有多層結(jié)構(gòu)時(shí)，聚焦層230的折射率可以根據(jù)位置而變化。。位于較低高度水平的層的折射率可以具有比位于較高高度水平的層更高的折射率。
[0038]像素透鏡240可以用作聚光構(gòu)件以會(huì)聚入射光。為了改進(jìn)聚光效率，像素透鏡240可以具有多層結(jié)構(gòu)，在多層結(jié)構(gòu)中層疊兩個(gè)或更多個(gè)聚光層241和242。上部層242可以具有比下部層241更小的面積或⑶。因此，像素透鏡240可以具有多層階梯結(jié)構(gòu)。當(dāng)像素透鏡240具有多層階梯結(jié)構(gòu)時(shí)，寬度(即，寬度Wl和W2)上的差異，可以小于入射光的波長。即，在像素透鏡中，由上部層暴露的下部層具有比入射光的波長小的寬度。更具體地，寬度(即，上部層242與下部層241之間的寬度Wl和W2)上的差異可以小于其色彩通過濾色層250分離的入射光的波長。通過該結(jié)構(gòu)，具有多層階梯結(jié)構(gòu)的像素透鏡240能夠如同常規(guī)半球形透鏡那樣會(huì)聚光。這基于亞波長光學(xué)。寬度Wl和W2分別在兩端介于上部層242與下部層241之間形成階梯寬度，并且可以彼此相等(W1 = W2)或彼此不同(W1 ^ W2)。
[0039]多個(gè)聚光層241和242可以具有相同形狀，且彼此平行布置。具體而言，多個(gè)聚光層241和242可以具有圓形形狀、包括四邊形的多邊形形狀等等。
[0040]為了進(jìn)一步改進(jìn)聚光效率，上部層242的厚度t2可以等于下部層241的厚度tl(tl = t2)，或小于下部層241的厚度tl(tl>t2)。此外，為了進(jìn)一步改進(jìn)聚光效率，上部層242可以具有與下部層241相同的折射率或比下部層241小的折射率。多個(gè)聚光層241和242可以包括透明材料。當(dāng)上部層242和下部層241具有相同的折射率時(shí)，上部層242和下部層241可以由相同材料形成。
[0041]由于多個(gè)聚光層241和242，即，像素透鏡240位于濾色層250的底部，因此可以應(yīng)用在典型半導(dǎo)體制造工藝中所使用的各種材料。例如，能夠用作多個(gè)聚光層241和242的透明材料可以包括諸如氧化硅、氮化硅和氮化鈦等無機(jī)材料，。聚光層241和242可以具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，在多層結(jié)構(gòu)中層疊具有不同折射率的透明材料。當(dāng)提供多個(gè)聚光層時(shí)，聚光層的折射率可以根據(jù)位置而變化。位于較高高度水平的聚光層的折射率可以小于位于較低高度水平的聚光層的折射率。即，聚光層的折射率可以隨著聚光層鄰近光電轉(zhuǎn)換元件220或聚焦層230而增大。
[0042]用于色彩分離的濾色層250可以形成在聚焦層230之上以覆蓋像素透鏡240，并具有平坦表面。由于濾色層250與像素透鏡240接觸并覆蓋像素透鏡240，因此能夠改進(jìn)濾色層250與像素透鏡240之間的光傳輸。即，能夠改進(jìn)聚光效率。濾色層250可以包括紅色濾光片、綠色濾光片、藍(lán)色濾光片、青色濾光片、黃色濾光片、品紅色濾光片、紅外線通濾光片(infrared pass filter)、紅外線截止濾光片(infrared cutoff filter)、白色濾光片或其組合。為了進(jìn)一步改進(jìn)聚光效率，濾色層250可以具有比像素透鏡240更小的折射率。
[0043]抗反射結(jié)構(gòu)260或270可以形成在濾色層250之上，并包括抗反射層260或半球形透鏡270?？狗瓷鋵?60可以包括具有不同折射率并交替層疊一次或更多次的兩個(gè)或更多個(gè)材料層。半球形透鏡270不僅可以防止入射光的反射，而且可以會(huì)聚入射在像素透鏡240上的光。
[0044]隨著具有上述結(jié)構(gòu)的圖像傳感器包括具有多層階梯結(jié)構(gòu)的像素透鏡240，能夠改進(jìn)單位像素110中的聚光效率。此外，隨著濾色層250具有用于覆蓋像素透鏡240的形狀，能夠進(jìn)一步改進(jìn)單位像素110中的聚光效率。隨著單位像素110中的聚光效率改進(jìn)，還能夠改進(jìn)光電轉(zhuǎn)換元件220中的量子效率。結(jié)果，能夠改進(jìn)圖像傳感器的性能。
[0045]在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖像傳感器中，聚焦層和像素透鏡可以具有其中層疊多個(gè)材料層的結(jié)構(gòu)。因此，抗反射層可以容易地安裝在相應(yīng)層之間。抗反射層可以防止入射光從表面反射，從而防止由于光強(qiáng)度的降低而引起的聚光效率的降低。然而，在包括半球形微透鏡的圖像傳感器中，可以限制抗反射層的形成位置。在下文中，將參照?qǐng)D4A至圖4D詳細(xì)說明抗反射層。在圖4A至圖4D中分別示出的第一反射層至第五抗反射層可以表示具有不同折射率的兩個(gè)或更多個(gè)材料層被交替層疊一次或更多次。
[0046]圖4A至圖4D為示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的抗反射層的剖面圖。
[0047]首先，如圖4A中所示出的，第一抗反射層281可以形成在聚焦層230之下。具體而言，第一抗反射層281可以形成在聚焦層230與包括光電轉(zhuǎn)換元件的基板之間。再者，第二抗反射層282可以形成在聚焦層230與像素透鏡240之間。第一抗反射層281和第二抗反射層282可以在聚焦層230形成之前和之后通過沉積工藝形成。
[0048]如圖4B中所示出的，第三抗反射層283可以形成在像素透鏡240之上。具體而言，第三抗反射層283可以形成在像素透鏡240與濾色層之間。第三抗反射層283可以在像素透鏡240形成之后通過沉積工藝形成。可以以這樣的方式執(zhí)行沉積工藝，即第三抗反射層283沿著該結(jié)構(gòu)表面具有恒定厚度。
[0049]如圖4C中所示出的，第四抗反射層284可以形成在第一聚光層241之上。第五抗反射層285可以形成在第二聚光層242之上。第四抗反射層284和第五抗反射層285可以隨著第一聚光層241和第二聚光層242分別形成而同