具有光场模式和常规模式的图像传感器
阅读：459发布：2020-05-08
专利汇可以提供具有光场模式和常规模式的图像传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供一种图像 传感器 。图像传感器可以包括设置在衬底上的多个第一透镜以及设置在位于衬底上的结构上的多个第二透镜，该结构适用于将第一透镜和第二透镜之间的距离从图像传感器以第一模式操作的第一最小距离改变为图像传感器以第二模式操作的第二最大距离。，下面是具有光场模式和常规模式的图像传感器专利的具体信息内容。
1.一种图像传感器，包括：
多个第一透镜，所述多个第一透镜设置在衬底上；以及
多个第二透镜，所述多个第二透镜设置在位于衬底上的结构上，所述结构适用于将第一透镜和第二透镜之间的距离从图像传感器以第一模式操作的第一最小距离改变为图像传感器以第二模式操作的第二最大距离，
其中，所述结构包括下电极板和上电极板，下电极板固定，而上电极板是可移动的。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述结构还包括支撑板，所述上电极板和下电极板分别经由上电极杆和下电极杆耦接到所述支撑板，所述上电极板被配置为通过上电极杆来向上移动和向下移动。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第二透镜的每个透镜具有比第一透镜的每个透镜更大的直径。
4.如权利要求2所述的图像传感器，其中，所述衬底包括像素区域以及围绕像素区域的外围区域，
其中，所述第一透镜和第二透镜设置在所述像素区域内，以及
其中，所述上电极杆设置在所述外围区域内。
5.如权利要求4所述的图像传感器，其中，所述下电极杆包括：
内部下电极杆，所述内部下电极杆设置在像素区域中；以及
外部下电极杆，所述外部下电极杆设置在外围区域中，其中，气隙存在于第一透镜与下电极板之间以及存在于下电极板与上电极板之间。
6.如权利要求5所述的图像传感器，其中，所述上电极杆包括MEMS弹簧。
7.如权利要求5所述的图像传感器，其中，所述上电极杆包括固定支撑杆和支撑臂。
8.如权利要求7所述的图像传感器，其中，所述支撑臂具有弹性和恢复力。
9.如权利要求7所述的图像传感器，其中，所述支撑臂包括双金属器件或双晶片压电器件中的一种。
10.一种图像传感器，包括：
衬底，所述衬底具有像素区域和围绕像素区域的外围区域；
滤色器和微透镜，所述滤色器和微透镜适用于设置在与像素区域相对应的衬底上；
支撑板，所述支撑板设置在与外围区域相对应的衬底上；
下电极杆和上电极杆，所述下电极杆和上电极杆设置在支撑板上；
下电极板，所述下电极板水平设置在下电极杆上；
上电极板，所述上电极板水平设置在上电极杆上；以及
光场透镜，所述光场透镜设置在上电极板上，
其中，上电极板适用于移动使得下电极板与上电极板之间的间隔改变。
11.如权利要求10所述的图像传感器，其中：
所述支撑板设置在像素区域中，以及
所述支撑板在外围区域中具有框架形状，而在像素区域中具有网格形状。
12.如权利要求11所述的图像传感器，其中，所述支撑板包括狭缝。
13.如权利要求10所述的图像传感器，其中，所述下电极板和上电极板包括透明导体。
14.如权利要求10所述的图像传感器，还包括：
在微透镜上的透明第一保护层，以及
在光场透镜上的透明第二保护层。
15.一种图像传感器，包括：
衬底，所述衬底具有像素区域和围绕像素区域的外围区域；
第一透镜，所述第一透镜设置在衬底的像素区域中；
支撑板，所述支撑板在衬底的外围区域中具有框架形状，而在像素区域中具有网格形状；
下电极杆，所述下电极杆设置在外围区域中和像素区域中的支撑板上；
下电极板，所述下电极板水平设置在第一透镜和下电极杆上；
上电极杆，所述上电极杆设置在外围区域中的支撑板上；
上电极板，所述上电极板水平设置在下电极板和上电极杆上；以及
第二透镜，所述第二透镜设置在上电极板上，
其中，气隙存在于第一透镜和下电极板之间以及存在于下电极板和上电极板之间。
16.如权利要求15所述的图像传感器，还包括孔洞，所述孔洞选择性地设置在每个孔洞对应于像素区域内四个第二透镜的边界部分的位置处。
17.如权利要求16所述的图像传感器，其中，所述下电极杆包括内部下电极杆，每个内部下电极杆选择性地形成在与像素区域内四个光场透镜的边界部分相对应的位置处。
18.如权利要求17所述的图像传感器，其中，所述孔洞和内部下电极杆以交替的方式设置。
19.如权利要求15所述的图像传感器，其中，所述支撑板、下电极杆、下电极板、上电极杆和上电极板包括导体。
具有光场模式和常规模式的图像传感器
[0001] 相关申请的交叉引用
技术领域
背景技术
[0004] 通常，在图像传感器和数码相机领域，大量的研究和开发工作是为了实现更高的图像分辨率。近来，已经开发了一种为了摄影能够在光场模式下操作的图像传感器或光场相机。光场模式涉及拍摄光入射的整个区域以及通过调节图像传感器的焦点来获得图像。光场模式是一种能用来实现图像传感器和数码相机的各种功能的技术。
发明内容
[0005] 本发明的各种实施例提供一种可在光场模式和常规模式二者下操作的图像传感器。
[0006] 本发明还涉及一种制造可在光场模式和常规模式二者下操作的图像传感器的方法。
[0007] 本发明构思的技术目的不仅限于上述目的，本发明构思所属的本领域技术人员可以从下面的描述明显地理解出其它目的。
[0008] 根据本发明构思的一个方面，一种图像传感器可以包括：多个第一透镜，所述多个第一透镜设置在衬底上；以及多个第二透镜，所述多个第二透镜设置在位于衬底上的结构上，该结构适用于将第一透镜和第二透镜之间的距离从图像传感器以第一模式操作的第一最小距离改变为图像传感器以第二模式操作的第二最大距离。
[0009] 该结构还可以包括支撑板，上电极板和下电极板分别经由上电极杆和下电极杆耦接到支撑板，上电极板被配置为通过上电极杆来向上移动和向下移动，第二透镜的每个透镜具有比第一透镜的每个透镜更大的直径。
[0011] 下电极杆可以包括设置在像素区域中的内部下电极杆和设置在外围区域中的外部下电极杆。
[0012] 气隙可以存在于第一透镜和下电极板之间以及存在于下电极板和上电极板之间。
[0013] 上电极杆可以包括MEMS弹簧。
[0014] 上电极杆的每个可以包括固定支撑杆和支撑臂。
[0015] 支撑臂可以具有弹性和恢复力。
[0016] 支撑臂可以包括双金属。
[0017] 支撑臂可以包括双晶片压电器件。
[0018] 根据本发明构思的一个方面，一种图像传感器可以包括：衬底，所述衬底具有像素区域和围绕像素区域的外围区域；滤色器和微透镜，所述滤色器和微透镜设置在与像素区域相对应的衬底上；支撑板，所述支撑板设置在与外围区域相对应的衬底上；下电极杆和上电极杆，所述下电极杆和上电极杆设置在支撑板上；下电极板，所述下电极板水平设置在下电极杆上；上电极板，所述上电极板水平设置在上电极杆上；以及光场透镜，所述光场透镜设置在上电极板上。上电极板可以适用于移动使得下电极板与上电极板之间的间隔可以改变。
[0020] 支撑板可以包括狭缝。
[0021] 下电极板和上电极板可以包括透明导体。
[0022] 图像传感器还可以包括在微透镜上的透明第一保护层，以及在光场透镜上的透明第二保护层。
[0023] 根据本发明构思的一个方面，一种图像传感器可以包括：衬底，所述衬底具有像素区域和围绕像素区域的外围区域；第一透镜，所述第一透镜设置在衬底的像素区域中；支撑板，所述支撑板被设置为在衬底的外围区域中具有框架形状，而在像素区域中具有网格形状；下电极杆，所述下电极杆设置在外围区域中且在像素区域中的支撑板上；下电极板，所述下电极板水平设置在透镜和下电极杆上；上电极杆，所述上电极杆设置在外围区域中的支撑板上；上电极板，所述上电极板水平设置在下电极板和上电极杆上；以及第二透镜，所述第二透镜设置在上电极板上。气隙可以存在于第一透镜和下电极板之间以及存在于下电极板和上电极板之间。
[0024] 图像传感器还可以包括孔洞，所述孔洞选择性地设置在与像素区域内四个第二透镜的边界部分相对应的各个位置处。
[0025] 下电极杆可以包括内部下电极杆，每个内部下电极杆选择性地形成在与像素区域内四个光场透镜的边界部分相对应的位置处。
[0026] 孔洞和内部下电极杆可以以交替的方式设置。
[0027] 支撑板、下电极杆、下电极板、上电极杆和上电极板可以包括导体。
附图说明
[0029] 从下面参照附图对本发明的实施例的更详细地描述中，本发明的上述内容和其它特征及优点将变得明显。其中：
[0030] 图1是示意性图示根据本发明的实施例的图像传感器的框图；
[0031] 图2是示意性图示根据本发明的实施例的图像传感器的布局图；
[0032] 图3A和图4A是沿图2的I-I′线截取的图像传感器的示意性纵向剖面图；
[0033] 图3B和图4B是沿图2的II-II′线截取的图像传感器的像素区域的示意性纵向剖面图；
[0034] 图3C和图4C是沿图2的III-III′线截取的图像传感器的像素区域的示意性纵向剖面图；
[0035] 图5A和图5B是沿图2的I-I′线截取的图像传感器的示意性纵向剖面图；
[0036] 图6是示意性示出根据本发明的实施例的图像传感器的布局图；
[0037] 图7A到图7B是沿图6的IV-IV′线截取的图像传感器的示意性纵向剖面图；
[0038] 图8是示意性示出根据本发明的一实施例的图像传感器的布局图。
[0039] 图9A和图9B是沿图6的IV-IV′线截取的图像传感器的示意性纵向剖面图；
[0040] 图10A到图19C是沿图6的IV-IV′线截取和沿图2的II-II′线及III-III′线截取的图像传感器的示意性纵向剖面图，以用于描述根据本发明的实施例的形成图像传感器的方法；以及
[0041] 图20是示意性图示根据本发明的实施例的包括图像传感器的电子设备的示图。
具体实施方式
[0042] 下面将参照附图更详细描述各种实施例。然而，本发明可以以不同的形式来实施，而不应当被解释为受限于本文中所阐述的实施例。相反地，提供这些实施例使得本公开将彻底且完整，并且充分传达本发明给本领域技术人员。
[0043] 附图不一定按照比例绘制，而在某些情况下，为了清楚地图示实施例的特征，比例可能被夸大。当第一层被称为在第二层“上”或者在衬底“上”时，不仅指第一层直接形成在第二层或衬底上的情况，还可以指第三层存在于第一层和第二层或衬底之间的情况。
[0044] 提供在本说明书中使用的术语用以描述实施例，而非意在限制本发明。在本说明书中，除非另外特别描述，否则单数形式可以包括复数形式。此外，在本说明书中使用的术语(诸如“包含”和/或“包含有”)在描述的元件、步骤、操作和/或设备中，不排除一个或更多个元件、步骤、操作和/或设备的存在或添加。
[0045] 当描述一元件是“连接”或“耦接”至另一元件时，其表示一元件可以直接连接或耦接至另一元件，或第三元件可以介于两个元件之间。相比之下，当描述一元件是“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，表示在两个元件之间没有第三元件。术语“和/ 或”包括相应描述的项的组合以及一个或更多个项的所有组合。
[0046] 空间相对术语(诸如“下面”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”)可以用于简单描述如附图所示的一元件或多个元件与其它元件或其它多个元件之间的关系。空间相对术语应当被理解为除了在附图中描绘的方向，还包含在使用或操作中元件的不同方向。例如，如果附图中的元件被翻转，那么被描述为在其它元件“下面”或“下方”的一元件将位于所述其它元件的“上方”。
[0047] 此外，在本说明书中描述的实施例可以参考截面图和/或平面图(即，参考本发明的各种图)来描述。在附图中，薄膜的厚度和面积已经被放大以有效地描述技术内容。因此，各种图的形式可以在制造技术和/或公差上改变。从而，本发明的实施例不受限于图示的特定形式，而是可以包括，例如，根据制造工艺产生的在形式上的改变。例如，图示为直角的区域可以是圆形形式或具有特定曲率的形式。因此，在附图中所示的区域具有近似属性，并且提供所示区域的形式以图示设备的区域的特定形式，而不仅限于本发明的范围。
[0048] 贯穿说明书，相同的附图标记表示相同的元件。因此，相同的附图标记或类似的附图标记可以参考其它附图来描述，尽管在对应的附图中提到或描述它们。此外，尽管附图标记没有被示出，它们也可以参考其它附图来描述。
[0049] 图1是示意性示出根据本发明的实施例的一般用数字10指定的图像传感器的框图。参考图1，图像传感器可以包括其中多个像素组已经以矩阵形式排列的像素阵列100、相关双采样器(CDS)200、模拟数字转换器(ADC)300、缓冲器400、行驱动器500、时序发生器600、控制寄存器700以及斜坡信号发生器800。
[0050] 像素阵列100可以包括以矩阵形式按行和列来布置的多个像素。多个像素中的每个可以将光学图像信息转换成电图像信号，并通过列线CL将其发送到CDS 200。多个像素可以耦接至行线RL中的每一个。并且，多个像素可以耦接至列线CL中的每一个。
[0051] CDS 200可以对通过列线从像素阵列100接收到的电图像信号进行保持和采样。例如，CDS 200可以响应于由时序发生器600提供的时钟信号CSC对参考电压水平和接收到的电图像信号的电压水平进行采样。CDS 200可以将参考电压水平与接收到的电图像信号的电压水平之间的差对应的值ΔV发送到ADC 300。
[0054] 行驱动器500可以响应于来自时序发生器600的时序信号CSD来驱动像素阵列100 的多个像素。例如，行驱动器500可以产生驱动信号以用于选择和驱动多个行线RL中的一个。
[0055] 时序发生器600可以产生用于分别控制CDS 200、ADC 300、行驱动器500以及斜坡信号发生器800的时序信号CSC、CSA、CSD和CSR。
[0056] 控制寄存器700可以产生用于分别控制缓冲器400、时序发生器600以及斜坡信号发生器800的控制信号CRSB、CRST和CRSR。
[0057] 斜坡信号发生器800可以在时序发生器600的控制下，产生用于控制通过缓冲器400 输出的图像信号的斜坡信号RSG。
[0058] 图2是示意性示出根据本发明的实施例的图像传感器的布局图。图3A和图4A是沿图2的I-I′线截取的图像传感器的示意性纵向剖面图，以及图3B、图3C、图4B和图4C是沿II-II′线和III-III′线截取的图像传感器的像素区域的示意性纵向剖面图。
[0059] 参考图2、图3A到图3C以及图4A到图4C，根据本发明的实施例的图像传感器可以包括衬底10上的中间层14、滤色器16、微透镜18、支撑板20、下电极杆30、下电极板40、上电极杆51、上电极板60以及光场透镜70。支撑板20和上电极板60可以电连接到电源V。气隙AG可以存在于微透镜18和下电极板40之间。气隙AG也可以存在于下电极板40与上电极板60之间。孔洞H可以存在于像素区域内四个光场透镜70 的边界部分内。更具体地，滤色器16和微透镜18可以不形成在与四个光场透镜70的边界部分对应的位置。因此，如图3C所示，下透镜保护层25可以在孔洞H下方的区域内直接接触中间层14。
[0060] 衬底10可以是或包括硅晶片、绝缘体上硅(SOI)晶片以及外延生长层中的至少一种。衬底10可以包括在多个对应的微透镜18下形成的多个光电二极管12。更具体地，如图3B和图3C所示，每个光电二极管12在垂直于衬底10的平面的方向上与对应的微透镜18对准。
[0062] 滤色器16的每个可以选择性地传播绿光、红光和蓝光中的一种。在本发明的一些实施例中，滤色器16的每个可以选择性地传播绿光、红光和蓝光中的两种。
[0063] 微透镜18的每个可以直接设置在相应的滤色器16上。微透镜18的每个用于将入射光聚焦到对应的光电二极管12。微透镜18的每个可以包括透明有机材料。
[0064] 例如，衬底10可以包括其内已经形成光电二极管12、滤色器16和微透镜18的像素区域以及其内已经形成上电极杆51的外围区域。外围区域可以围绕像素区域。
[0065] 支撑板20可以直接形成在如图4A所示的中间层14上。在其它实施例中，(未示出)，支撑板20可以掩埋在中间层14内。支撑板20可以支撑下电极杆30(31和32)和上电极杆51。支撑板20可以将来自电源V的电压和/或电流传送给下电极板40和上电极板 60。例如，支撑板20可以由金属制成或包括金属。为了对热膨胀作弹性响应，支撑板 20可以包括多个狭缝SL(未示出)。即，支撑板20可以在外围区域内具有框架形状而在像素区域内具有网格形状。
[0066] 下电极杆30(31、32)可以物理地和机械地支撑下电极板40。下电极杆30(31、 32)的每个，例如，可以为具有较宽的上部分和较窄的下部分的柱状或杆状。下电极杆 30可以由导电材料(例如，金属)制成或包括导电材料(例如，金属)。
[0067] 下电极杆30(31、32)可以将支撑板20电连接至下电极板40。下电极杆30的每个可以包括外部下电极杆31和内部下电极杆32。外部下电极杆31可以设置在外围区域 (即，在其内已经形成滤色器16、微透镜18或光场透镜70的区域的外围)。内部下电极杆32可以设置在像素区域(即，在其内已经形成滤色器16、微透镜18或光场透镜70 的区域内)。更具体地，内部下电极杆32的每个可以选择性地设置在与四个光场透镜70 的边界部分对应的区域(即，孔洞H)内。例如，内部下电极杆32已经图示为垂直地和水平地每隔一个点设置在孔洞H内使得它们交替。
[0068] 下电极板40可以通过下电极杆30来支撑使得下电极板40水平地设置在微透镜18 上方。下电极板40可以由铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌(ZnO)和其它透明导电材料中的至少一种制成或包括铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌(ZnO)和其它透明导电材料中的至少一种。下电极板40可以固定。下电极板 40不允许上下移动。
[0069] 上电极杆51可以仅设置在外围区域内。上电极杆51可以物理地和机械地支撑上电极板60。上电极杆51可以包括弹簧，例如微机电系统(MEMS)弹簧(诸如张力弹簧)。上电极杆51可以由金属制成或包括金属。因此，上电极杆51可以将支撑板20电连接到上电极板60。
[0070] 上电极板60可以通过上电极杆51来支撑使得上电极板60水平设置在下电极板40 上方。像下电极板40一样，上电极板60可以包括ITO、IZO、ZnO和其它透明导电材料中的至少一种。上电极板60可以被配置为向上和向下移动。例如，在下电极板40和上电极板60之间的距离或间隔可以依据上电极板60的移动来改变。
[0071] 光场透镜70可以设置在上电极板60上，使得每个光场透镜70与对应的一组微透镜18垂直对准。光场透镜70的直径可以比微透镜18的每个的直径足够大，例如，是其至少8倍或更多。光场透镜70可以包括透明有机物质。
[0072] 电源V可以将DC电压和/或DC电流供应给支撑板20、下电极杆30、下电极板40、上电极杆50和/或上电极板60。
[0073] 下透镜保护层25和上透镜保护层75可以包括用于分别保护微透镜18和光场透镜 70免于外部物理攻击和化学侵蚀的透明绝缘材料。例如，下透镜保护层25和上透镜保护层
75可以包括聚酰亚胺、透明有机物质或透明无机材料中的一种。在本发明的实施例中，下透镜保护层25和/或上透镜保护层75可以省略。
75可以包括聚酰亚胺、透明有机物质或透明无机材料中的一种。在本发明的实施例中，下透镜保护层25和/或上透镜保护层75可以省略。
[0074] 如图4C所示，孔洞H可以垂直地穿透上电极板60和下电极板40。下透镜保护层 25的部分可以经由孔洞H来暴露。
[0075] 参考图3A到图3C，根据本发明实施例的图像传感器可以以常规模式来操作。具体地，上电极板60可以维持底部状态(bottom state)。例如，当没有施加电压到下电极板 40和上电极板60时，上电极板60可以维持其最低的底部状态也简称为底部状态。在上电极板60处于底部状态的情况下，如图3A所示，下电极板40与上电极板60可以以在不接触的前提下尽可能最大程度地彼此接近的方式来放置。因此，当上电极板60处于其底部状态时，下电极板40和上电极板60之间可能存在微小的气隙AG。即，下电极板 40和上电极板60可以彼此不直接接触。在上电极板60处于其底部状态的情况下，微透镜18和光场透镜70之间的间隔减小，因此减小了光场透镜70对图像传感的贡献。因此，根据本发明的实施例的图像传感器能在第一模式中感测图像，其中在第一模式中光场透镜70对图像传感的贡献被实质上减小或有效地消除。操作的这种第一模式也可以被称为操作的常规模式。
[0076] 现在回去参考图4A到图4C，根据本发明的实施例的图像传感器可以以光场模式来操作。具体地，上电极板60可以维持如图4A所示的顶部状态(top state)。例如，当施加具有相同的极性和量的电压到下电极板40和上电极板60时，由于在下电极板40和上电极板60之间可以产生排斥力，因此上电极板60可以上升。即，下电极板40和上电极板60可以彼此间隔开。当微透镜18和光场透镜70之间的间隔增加时，增加了光场透镜 70对图像传感的贡献，而且当上电极板60处于其顶部位置时，光场透镜70对图像传感的贡献是最大的。因此，根据本发明的实施例的图像传感器可以在操作的第二模式(下文也称为光场模式)中感测图像。
[0077] 图5A和图5B是根据本发明的实施例的沿图2的I-I′线截取的图像传感器的示意性纵向剖面图。参考图5A和图5B，图像传感器可以包括为致动器或包括致动器的上电极杆52。在下文中上电极杆52被称为致动器52。致动器52可以使用，例如，电流、液压或气压使上电极板60上升和/或下降。例如，致动器52可以包括电压致动器、电流致动器或压电致动器。图
5A示出其中上电极板60维持底部状态没有上升的常规模式的图像传感器的示例。图5B示出其中上电极板60通过上电极杆52来上升并维持顶部状态的光场模式的图像传感器的示例。
一个或更多个致动器52可以用于每个上电极板60。
5A示出其中上电极板60维持底部状态没有上升的常规模式的图像传感器的示例。图5B示出其中上电极板60通过上电极杆52来上升并维持顶部状态的光场模式的图像传感器的示例。
一个或更多个致动器52可以用于每个上电极板60。
[0078] 图6是示意性示出根据本发明的另一实施例的图像传感器的布局图。图7A到图7B 是沿图6的IV-IV′线截取的图像传感器的示意性纵向剖面图。
[0079] 参考图6、图7A和图7B，与图2到图5B中所示的图像传感器相比，图像传感器可以包括上电极杆53，每个上电极杆53具有固定的支撑杆54以及在支撑杆54和上电极板60之间的支撑臂55。支撑杆54可以具有固定的柱状或杆状。具体地，支撑杆54 可以为具有较宽的上部分和较窄的下部分的圆柱状。支撑臂55可以包括具有弹性的金属 (诸如弹簧钢)。在所示实施例中，支撑杆54和支撑臂55包括相同的金属使得它们可以一体形成为单体。图7A示出了其中上电极板60维持底部状态没有上升的常规模式的图像传感器的示例。图7B示出了其中上电极板60通过上电极杆53来上升并维持顶部状态的光场模式的图像传感器的示例。如图7B所示，支撑臂55可以弹性弯曲。此外，支撑臂55可以具有恢复力。在常规模式中，可以不将电压施加到上电极板60和下电极板 40。在光场模式中，可以将电压施加到上电极板60和下电极板40，因此相互的排斥力可以作用于上电极板60和下电极板40，以使得上电极板60利用支撑臂55的弹性而上升到其顶部状态。当没有电压被施加到上电极板60和下电极板40时，上电极板60由于支撑臂55的恢复力而返回到底部状态。
[0080] 图8是示意性示出根据本发明的又一实施例的图像传感器的布局图。参考图8，与图6示出的图像传感器相比，根据本发明的实施例的图像传感器可以包括上电极杆53，每个上电极杆53都有固定的支撑杆54和多个较细支撑臂55。由于支撑臂55较细且数量增加，所以上电极板60的上下运动位移可进一步增加。
[0081] 图9A和图9B是根据本发明的另一实施例的沿图6的IV-IV′线截取的图像传感器的示意性纵向剖面图。
[0082] 参考图9A和图9B，与图6到图8示出的图像传感器相比，图像传感器可以包括上电极杆56，每个上电极杆56都有固定的支撑杆57和含双金属器件或双晶片压电器件的支撑臂58。例如，如果支撑臂58包括双金属器件，则它可以包括具有较高热膨胀系数的下支撑臂
58a和具有较低热膨胀系数的上支撑臂58b。因此，当施加电压到支撑臂58 时，支撑臂58可以如图9B所示地向上弯曲。在这种情况下，排斥力还可以作用在下电极板40和上电极板60之间。下支撑臂58a可以包括镍/锰/铁、镍/锰/铜、镍/钼/铁、铜/ 锌、镍/铁/铬或其它金属合金。上支撑臂58b可以包括镍/铁或其它金属合金。
58a和具有较低热膨胀系数的上支撑臂58b。因此，当施加电压到支撑臂58 时，支撑臂58可以如图9B所示地向上弯曲。在这种情况下，排斥力还可以作用在下电极板40和上电极板60之间。下支撑臂58a可以包括镍/锰/铁、镍/锰/铜、镍/钼/铁、铜/ 锌、镍/铁/铬或其它金属合金。上支撑臂58b可以包括镍/铁或其它金属合金。
[0083] 在本发明的一些实施例中，如果支撑臂58包括双晶片压电器件，当施加电压到支撑臂58时，支撑臂58可以如图9B所示向上弯曲。支撑臂58可以包括钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、锆钛酸铅(PZT)(PbTiO3-PbZrO3)或其它压电材料。在本发明的一些实施例中，包括压电器件的支撑臂58可以如图9A和图9B所示由双层形成或如图7A和图7B所示由单层形成。
[0084] 图10A到图19C是沿图6的IV-IV′线截取和沿图2的II-II′线及III-III′线截取的图像传感器的示意性纵向剖面图，以用于描述根据本发明的实施例的形成图像传感器的方法。例如，描述用于形成参考图6到图7B所述的图像传感器的方法。图10A到图 19A主要示出外部的外围区域，而图10B和图10C到图19B和图19C示出像素区域。
[0085] 参考图10A到图10C，根据本发明的实施例的用于形成图像传感器的方法可以包括在其中具有光电二极管12的衬底10上形成中间层14。所述方法还可以包括在中间层14 上形成支撑板20、滤色器16以及微透镜18。所述方法还可以包括将下透镜保护层25 配置为覆盖支撑板20、滤色器16以及微透镜18。所述方法还可以包括在下透镜保护层 25上形成下牺牲层27。下透镜保护层25可以在刻蚀工艺期间保护微透镜18免于外部物理攻击和化学侵蚀。下透镜保护层25可以包括经由涂覆工艺形成的氧化硅、旋涂硬掩模 (SOH,spin-on hardmask)或有机高分子树脂，使得下透镜保护层25关于下牺牲层27 具有刻蚀选择性。下牺牲层27可以包括经由沉积工艺或涂覆工艺形成的氧化硅、氮化硅和高分子有机物质中的至少一种。
[0086] 参考图11A到图11C，所述方法可以包括在下牺牲层27之上形成第一刻蚀掩模M1 以及通过执行第一刻蚀工艺形成暴露支撑板20的一部分的下杆开口O1o和O1i。下杆开口O1o和O1i包括在像素区域之外形成的外部下杆开口O1o以及在像素区域之内形成的内部下杆开口O1i。第一刻蚀掩模M1可以包括包含有机高分子材料的光刻胶或包含无机材料的硬掩模。第一刻蚀工艺可以包括使用第一刻蚀掩模M1作为刻蚀掩模来选择性地去除下牺牲层27和下透镜保护层25。支撑板20可以用作刻蚀停止层。此后，可以去除第一刻蚀掩模M1。
[0087] 参考图12A到图12C，所述方法可以包括在下杆开口O1o和O1i内形成下电极杆 31和32。下电极杆31和32可以包括外部下电极杆31和内部下电极杆32。下电极杆31 和32可以包括：通过执行物理气相沉积(PVD)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、电镀工艺或填充工艺来在下杆开口O1o和O1i内形成导体(诸如金属)。所述方法还可包括，例如，通过执行化学机械抛光(CMP)工艺来使下电极杆31和32与下牺牲层27 的顶表面平坦化。
[0088] 参考图13A到图13C，所述方法还可以包括形成下电极板40。形成下电极板40可以包括：在下牺牲层27和下电极杆31和32上形成铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氧化锌(ZnO)或其它透明电极层中的至少一种，然后在透明电极层上形成第二刻蚀掩模M2，以及通过执行第二刻蚀工艺将透明电极层图案化。第二刻蚀掩模M2可以包括与第一刻蚀掩模M1相同的材料。第二刻蚀工艺可以包括使用第二刻蚀掩模M2作为刻蚀掩模来使透明电极层图案化。下牺牲层27可以用作刻蚀停止层。此后，可以去除第二刻蚀掩模M2。
[0089] 参考图14A到图14C，所述方法还可以包括形成中间牺牲层28、形成第三刻蚀掩模M3以及通过执行第三刻蚀工艺形成暴露支撑板20的上杆开口O2。中间牺牲层28可以包括与下牺牲层27相同的材料。第三刻蚀掩模M3可以包括与第一刻蚀掩模M1和第二刻蚀掩模M2相同的材料。第三刻蚀工艺可以包括使用第三刻蚀掩模M3作为刻蚀掩模来选择性地去除中间牺牲层28和下牺牲层27。支撑板20可以用作刻蚀停止层。此后，可以去除第三刻蚀掩模M3。
[0090] 参考图15A到图15C，所述方法可以包括：在中间牺牲层28上形成杆材料层、形成上牺牲层29、在上牺牲层29上形成第四刻蚀掩模M4以及通过使用第四刻蚀掩模M4 作为刻蚀掩模来执行第四刻蚀工艺形成上电极杆53，其中每个上电极杆53都具有固定支撑杆54和支撑臂55。中间牺牲层28可以在已经设置有光电二极管12、滤色器16和微透镜18的像素区域被暴露。杆材料层、支撑杆54和支撑臂55可以包括具有有效弹性水平的金属结构。上牺牲层29可以包括与下牺牲层27和/或中间牺牲层28相同的材料。第四刻蚀掩模M4可以与上电极杆53垂直对准，且可以暴露像素区域。因此，中间牺牲层28可以在像素区域被暴露。此后，可以去除第四刻蚀掩模M4。
[0091] 参考图16A到图16C，该方法可以包括形成透明电极材料层60、60a。透明电极材料层60、60a可以包括在像素区域中的上电极板60以及在支撑杆54和支撑臂55上的余料层60a。
[0092] 参考图17A和图17B，该方法可以包括：去除上牺牲层29、去除在上牺牲层29上的余料层60a、在像素区域的上电极板60上形成光场透镜70以及形成被配置为覆盖光场透镜70的上透镜保护层75。光场透镜70可以包括有机高分子树脂。上透镜保护层75 可以包括聚酰亚胺、透明有机物质或透明无机物质。
[0093] 参考图18A到图18C，该方法还可以包括：形成第五刻蚀掩模M5以及通过使用第五刻蚀掩模M5执行第五刻蚀工艺来形成经由上电极板60、中间牺牲层28和下电极板 40而暴露下牺牲层27的一部分的刻蚀孔洞He。刻蚀孔洞He的底部可以放置在下牺牲层27内。此后，可以去除第五刻蚀掩模M5。
[0094] 参考图19A到图19C，该方法还可以包括通过经由刻蚀孔洞He去除中间牺牲层28 和下牺牲层27来形成气隙AG。在本发明的其它实施例中，还可以执行用于去除下透镜保护层25和/或上透镜保护层75的工艺。
[0095] 图20是示意性图示包括根据本发明的实施例的至少一个图像传感器的电子设备的示图。
[0096] 参考图20，电子设备可以包括能够拍摄静态图像或动态图像的照相机。电子设备可以包括光学系统，例如，光学透镜910、快门单元911、图像传感器900、被配置为控制 /驱动快门单元911的驱动单元913和信号处理单元912。
[0097] 光学系统910将来自摄影物体的图像光或入射光引导至图像传感器900的像素区域 (例如图1的像素区域100)。光学系统910可以包括多个光学透镜。快门单元911控制图像传感器900的光照射时段和光遮蔽时段。驱动单元913控制图像传感器900的传输操作和快门单元911的快门操作。信号处理单元912可以对由图像传感器900输出的信号执行各种类型的信号处理。经信号处理以后的图像信号Dout被储存在诸如存储器的储存介质中或者在监控器上被显示。
[0098] 因为图像传感器具有光场模式和常规模式二者，所以根据本发明的技术精神的各种实施例的图像传感器的每个能够使用单个图像传感器来实现根据两种拍摄方案的图像传感。
[0099] 根据本发明的各种实施例的图像传感器的每个能够通过电子控制和/或机械控制选择光场模式或常规模式来实现根据两种拍摄方案的图像传感方法。
[0100] 由于存在于微透镜和光场透镜之间的气隙，因此根据本发明的各种实施例的图像传感器的每个能够使光损失最小化。
[0101] 已经在文中描述了根据本发明的各种实施例的其它优点。
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