微透镜组件、光电转换设备及制造方法和成像系统与流程

本公开涉及半导体，尤其涉及一种微透镜组件、光电转换设备及制造方法和成像系统。

背景技术：

1、图像传感器是利用光电器件的光电转化功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号的光电转换设备，被广泛地应用到电子产品中，其中，较为常见的图像传感器有cmos图像传感器(cmos image sensor，简称cis)、电荷耦合图像传感器(charge-coupled device，以下简称ccd)。

2、cis图像传感器通常包括光敏元件、微透镜阵列以及外围电路，其中，微透镜阵列设置在光敏元件上，外围电路与光敏元件连接，当外界的光线通过微透镜阵列汇集之后，进入光敏元件中，光敏元件能够将光信号转化电信号，该电信号通过外围电路输出成像。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开实施例提供一种微透镜组件、光电转换设备及制造方法和成像系统，能够提高成像系统的分辨率。

2、为了实现上述目的，本公开实施例提供如下技术方案：

3、本公开实施例的第一方面提供一种微透镜组件，包括：

4、第一微透镜阵列；

5、第一透光件，所述第一透光件设置在所述第一微透镜阵列上，所述第一透光件用于将在环境介质中传播的光线传输至所述第一微透镜阵列内，其中，所述第一透光件的折射率大于所述环境介质的折射率。

6、在一些实施例中，所述第一透光件的折射率大于所述第一微透镜阵列的折射率。

7、在一些实施例中，还包括第二透光件，所述第二透光件设置在所述第一透光件和所述第一微透镜阵列之间，所述第二透光件的折射率小于所述第一透光件和所述第一微透镜阵列的折射率。

8、在一些实施例中，所述第一微透镜阵列包括微凸透镜阵列或微凹透镜阵列。

9、在一些实施例中，所述第一微透镜阵列包括多个第一微透镜，所述第一透光件包括多个第一透光部，所述第一透光部对应一个或多个所述第一微透镜；其中，所述第一微透镜包括凸透镜或凹透镜。

10、在一些实施例中，每个所述第一透光部包括第二微透镜，多个所述第二微透镜组成的第二微透镜阵列，一个所述第二微透镜对应一个或多个所述第一微透镜。

11、在一些实施例中，所述第二微透镜具有第二焦点，所述第二焦点形成在所述第二透光件中。

12、在一些实施例中，所述第二透光件具有第一厚度，所述第二焦点到所述第二透光件顶表面的最大距离不大于所述第一厚度的二分之一。

13、在一些实施例中，所述第一微透镜具有第一曲率，所述第二微透镜具有第二曲率，所述第二曲率与所述第一曲率不同。

14、本公开实施例的第二方面提供一种光电转换设备，包括：感光元件层以及上述实施例中所述的微透镜组件；

15、所述微透镜组件设置在所述感光元件层上。

16、在一些实施例中，所述感光元件层包括滤光层，所述滤光层包括多个滤光区，一个所述滤光区对应一个或多个所述第一微透镜。

17、在一些实施例中，所述感光元件层还包括光敏元件层，所述光敏元件层包括多个光敏元件，一个所述光敏元件对应一个或多个所述第一微透镜。

18、在一些实施例中，所述第一微透镜具有第一焦点，所述第一焦点形成在所述光敏元件层中，所述光敏元件层具有第二厚度，所述第一焦点到所述第一微透镜底表面的最大距离不小于所述第二厚度的二分之一。

19、在一些实施例中，还包括抗反射层，所述抗反射层设置在所述微透镜组件与所述感光元件层之间。

20、本公开实施例的第三方面提供一种成像系统，包括上述实施例所述的光电转换设备；

21、以及，信号处理单元，所述信号处理单元处理从所述光电转换设备输出的信号。

22、本公开实施例的第四方面提供一种制造光电转换设备的方法，包括：提供衬底，在所述衬底中形成感光元件层；

23、在所述感光元件层上形成第一微透镜阵列，所述第一微透镜阵列形成第一光接收面；

24、在所述第一微透镜阵列上形成覆盖所述第一光接收面的第一透光件，第一透光件的顶面构成第二光接收面，在环境介质中传播的光线通过所述第二光接收面向所述第一光接收面传输，其中，所述第一透光件的折射率大于所述环境介质的折射率。

25、在一些实施例中，在所述感光元件层上形成第一微透镜阵列的步骤中，包括：

26、在形成有所述感光元件层的衬底上沉积第一透镜材料层；

27、形成按照光学设计图形化所述第一透镜材料层，形成多个彼此连结或间隔排布的第一微透镜。

28、在一些实施例中，在所述感光元件层上形成第一微透镜阵列的步骤之后，在所述第一微透镜阵列上形成覆盖所述第一光接收面的第一透光件的步骤之前，所述方法还包括：

29、在所述第一微透镜阵列上形成透光材料层，所述透光材料层的折射率小于所述第一微透镜阵列的折射率；

30、去除部分厚度所述透光材料层，形成第二透光件，所述第二透光件至少填充满相邻的所述第一微透镜之间的区域，且所述第二透光件具有平坦状的顶面，其中，所述第二透光件的折射率小于所述第一透光件和所述第一微透镜阵列的折射率。

31、在一些实施例中，在所述第一微透镜阵列上形成覆盖所述第一光接收面的第一透光件的步骤中，包括：

32、形成覆盖所述第二透光件的第二透镜材料层，所述第二透镜材料层的折射率大于所述第一微透镜阵列的折射率和所述第一透光件的折射率；

33、形成按照光学设计图形化所述第二透镜材料层，形成第一透光件。

34、在一些实施例中，形成按照光学设计图形化所述第二透镜材料层，形成第一透光件的步骤包括：

35、图形化所述第二透镜材料层，以形成多个彼此连结或间隔排布的第二透光部，每个所述第二透光部包括第二微透镜，多个所述第二微透镜组成的第二微透镜阵列，一个所述第二微透镜对应一个或多个所述第一微透镜。

36、本公开实施例所提供的微透镜组件、光电转换设备及制造方法和成像系统中，通过在第一微透镜阵列上设置第一透光件，且第一透光件的折射率大于环境介质的折射率，如此设置，可以缩短经由环境介质中传播的光线传输至第一透光件中的光线的波长，使得具有更短波长的光线经第一微透镜阵列成像后形成具有更小直径的物像，从而提高成像系统的分辨率。

37、除了上面所描述的本公开实施例解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本公开实施例提供的微透镜组件、光电转换设备及制造方法和成像系统所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。

技术特征：

1.一种微透镜组件，其特征在于，所述微透镜组件包括：

2.根据权利要求1所述的微透镜组件，其特征在于，所述第一透光件的折射率大于所述第一微透镜阵列的折射率。

3.根据权利要求1或2所述的微透镜组件，其特征在于，还包括第二透光件，所述第二透光件设置在所述第一透光件和所述第一微透镜阵列之间，所述第二透光件的折射率小于所述第一透光件和所述第一微透镜阵列的折射率。

4.根据权利要求1或2所述的微透镜组件，其特征在于，所述第一微透镜阵列包括微凸透镜阵列或微凹透镜阵列。

5.根据权利要求1或2所述的微透镜组件，其特征在于，所述第一微透镜阵列包括多个第一微透镜，所述第一透光件包括多个第一透光部，所述第一透光部对应一个或多个所述第一微透镜；其中，所述第一微透镜包括凸透镜或凹透镜。

6.根据权利要求5所述的微透镜组件，其特征在于，每个所述第一透光部包括第二微透镜，多个所述第二微透镜组成的第二微透镜阵列，一个所述第二微透镜对应一个或多个所述第一微透镜。

7.根据权利要求6所述的微透镜组件，其特征在于，所述第二微透镜具有第二焦点，所述第二焦点形成在第二透光件中。

8.根据权利要求7所述的微透镜组件，其特征在于，所述第二透光件具有第一厚度，所述第二焦点到所述第二透光件顶表面的最大距离不大于所述第一厚度的二分之一。

9.根据权利要求7所述的微透镜组件，其特征在于，所述第一微透镜具有第一曲率，所述第二微透镜具有第二曲率，所述第二曲率与所述第一曲率不同。

10.一种光电转换设备，其特征在于，包括：感光元件层以及如权利要求1-9任一项所述的微透镜组件；

11.根据权利要求10所述的光电转换设备，其特征在于，所述感光元件层包括滤光层，所述滤光层包括多个滤光区，一个所述滤光区对应一个或多个第一微透镜。

12.根据权利要求10所述的光电转换设备，其特征在于，所述感光元件层还包括光敏元件层，所述光敏元件层包括多个光敏元件，一个所述光敏元件对应一个或多个所述第一微透镜。

13.根据权利要求12所述的光电转换设备，其特征在于，所述第一微透镜具有第一焦点，所述第一焦点形成在所述光敏元件层中，所述光敏元件层具有第二厚度，所述第一焦点到所述第一微透镜底表面的最大距离不小于所述第二厚度的二分之一。

14.根据权利要求11-13任一项所述的光电转换设备，其特征在于，还包括抗反射层，所述抗反射层设置在所述微透镜组件与所述感光元件层之间。

15.一种成像系统，其特征在于，包括：

16.一种制造光电转换设备的方法，其特征在于，包括：

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述感光元件层上形成第一微透镜阵列的步骤中，包括：

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述感光元件层上形成第一微透镜阵列的步骤之后，在所述第一微透镜阵列上形成覆盖所述第一光接收面的第一透光件的步骤之前，所述方法还包括：

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述第一微透镜阵列上形成覆盖所述第一光接收面的第一透光件的步骤中，包括：

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，形成按照光学设计图形化所述第二透镜材料层，形成第一透光件的步骤包括：

技术总结
本公开提供一种微透镜组件、光电转换设备及制造方法和成像系统，涉及半导体技术领域，该微透镜组件包括第一微透镜阵列和第一透光件，第一透光件设置在第一微透镜阵列上，第一透光件的折射率大于环境介质的折射率。本公开通过在第一微透镜阵列上设置具有高折射率的第一透光件，改变入射光的波长，使得具有更短波长的光线经第一微透镜阵列成像后形成具有更小直径的物像，从而提高成像系统的分辨率。

技术研发人员：曹堪宇
受保护的技术使用者：长鑫存储技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13