CN107037519A - 分色器结构及其制造方法、图像传感器及光学设备 - Google Patents

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Abstract

提供了分色器结构、制造分色器结构的方法、包括分色器结构的图像传感器、制造图像传感器的方法和包括图像传感器的光学设备。分色器可包括多个分色器元件，配置为根据波长将入射光分成多个出射光，并且分色器元件的至少一个可包括：第一元件部分；第二元件部分，设置为相对于第一元件部分偏移以部分地与第一元件部分重叠；以及蚀刻停止层，提供在第一和第二元件部分之间。

Description

分色器结构及其制造方法、图像传感器及光学设备
技术领域
根据示范性实施例的设备和方法涉及分色器结构、制造分色器结构的方法、包括分色器结构的图像传感器、制造图像传感器的方法和包括图像传感器的光学设备。
背景技术
通常，显示装置或图像传感器显示各种颜色的图像或者通过采用滤色器感测入射光的颜色。显示装置或图像传感器非常广泛地采用红-绿-蓝(RGB)滤色方法，其中例如绿色滤色器设置在四个像素当中的两个像素中，并且蓝色滤色器和红色滤色器设置在其它两个像素中。
然而，因为滤色器吸收目标颜色之外颜色的光，所以滤色器可能具有很低的光利用效率。例如，在RGB滤色器在此使用时，因为仅约1/3的入射光透射，而其它部分，也就是约2/3的入射光被吸收，其光利用效率可低至约33％。因此，在显示装置或图像传感器的情况下，大部分光损耗发生在滤色器中。
发明内容
一个或多个示范性实施例可提供能提高光使用效率的分色器结构。
一个或多个示范性实施例可提供具有优良性能的分色器结构。
一个或多个示范性实施例可提供能改善倾斜入射光的颜色分离性能的分色器结构。
一个或多个示范性实施例可提供制造分色器结构的方法。
一个或多个示范性实施例可提供包括分色器结构的图像传感器。
一个或多个示范性实施例可提供包括图像传感器的光学设备。
其它的示范性方面将部分地阐述在下面的说明中，并且部分地将从说明明显易懂，或者可通过示范性实施例的实践而掌握。
根据示范性实施例的一个方面，提供一种分色器，其包括配置为根据波长将入射光分成多个出射光的多个分色器元件，其中分色器元件的至少一个可包括：第一元件部分；第二元件部分，设置为相对于第一元件部分偏移以部分地与第一元件部分重叠；以及蚀刻停止层，提供在第一和第二元件部分之间。
第一元件部分可具有面对第二元件部分的第一表面，第二元件部分可具有面对第一元件部分的第二表面，并且蚀刻停止层可提供为对应于第一表面且覆盖第二表面的一部分。
第一元件部分可具有面对第二元件部分的第一表面，第二元件部分可具有面对第一元件部分的第二表面，并且蚀刻停止层可提供为对应于第二表面且覆盖第一表面的一部分。
蚀刻停止层可包括相对于第一和第二元件部分的至少一个具有约1.5或更大的蚀刻选择性的材料。
第一和第二元件部分的至少一个可包括氧化物材料，并且蚀刻停止层可包括非氧化物材料。
蚀刻停止层可包括氮化物材料，并且第一和第二元件部分的至少一个可包括非氮化物材料。
第一和第二元件部分的至少一个可包括钛(Ti)氧化物、铌(Nb)氧化物和钽(Ta)氧化物的至少一个，并且蚀刻停止层可包括硅(Si)氮化物。
第一和第二元件部分的至少一个可包括Si氮化物，并且蚀刻停止层可包括Si氧化物。
分色器结构还可包括介电层，并且分色器元件可埋设在介电层中。
设置在多个分色器元件的中心部分的分色器元件可包括排列在光轴上而不彼此偏移的第一和第二元件部分，并且设置在多个分色器元件的中心部分之外区域中的分色器元件的每一个可包括彼此偏移的第一和第二元件部分。
第一元件部分和对应的第二元件部分之间的偏移距离可随着远离中心部分而增加。
设置在中心部分之外区域中的第一元件部分和对应的第二元件部分可与倾斜入射其上的入射光的传播方向对齐。
分色器元件的至少一个可进一步包括：第三元件部分，部分地与第二元件部分重叠；以及第二蚀刻停止层，提供在第二元件部分和第三元件部分之间。
根据另一个示范性实施例的一个方面，提供一种图像传感器，包括：分色器，包括配置为根据波长将入射光分成多个出射光的多个分色器元件；以及像素阵列，包括配置为检测穿过分色器出来的光的多个像素，其中分色器元件的至少一个可包括：第一元件部分；第二元件部分，设置为相对于第一元件部分偏移以部分地与第一元件部分重叠；以及蚀刻停止层，提供在第一和第二元件部分之间。
根据另一个示范性实施例的一个方面，提供一种光学设备，包括：至少一个透镜；以及图像传感器，配置为将通过至少一个透镜的光转换成电图像信号且包括分色器，分色器包括配置为根据波长将入射光分成多个出射光的多个分色器元件和包括多个像素的像素阵列，多个像素配置为检测穿过分色器出来的光，其中分色器元件的至少一个可包括：第一元件部分；第二元件部分，设置为相对于第一元件部分偏移以部分地与第一元件部分重叠；以及蚀刻停止层，提供在第一和第二元件部分之间。
根据另一个示范性实施例的一个方面，提供一种制造分色器的方法，分色器包括根据波长将入射光分成多个出射光的多个分色器元件，该方法包括：在下层结构上形成堆叠结构，堆叠结构具有第一元件部分和堆叠在第一元件部分上的蚀刻停止层；在下层结构上堆叠结构周围形成介电层；在堆叠结构和介电层上形成分色器材料层；以及通过图案化分色器材料层以暴露蚀刻停止层的一部分而形成第二元件部分，其中第二元件部分形成为部分地与第一元件部分重叠。
分色器材料层可为第二材料层，并且形成堆叠结构可包括：在下层结构上形成用于分色器的第一材料层；在第一材料层上形成蚀刻停止材料层；以及顺序图案化蚀刻停止材料层和第一材料层。
第一和第二元件部分的至少一个可包括氧化物材料，并且蚀刻停止层可包括氮化物材料。
第一和第二元件部分的至少一个可包括钛(Ti)氧化物、铌(Nb)氧化物和钽(Ta)氧化物的至少一个，并且蚀刻停止层可包括硅(Si)氮化物。
在第一和第二元件部分的至少一个包括Ti氧化物时，含氯(Cl)气体可用作用于Ti氧化物的蚀刻气体，并且在蚀刻停止层包括Si氮化物时，含氟(F)气体可用作用于Si氮化物的蚀刻气体。
第一和第二元件部分的至少一个可包括氮化物材料，并且蚀刻停止层可包括氧化物材料。
第一和第二元件部分的至少一个可包括Si氮化物，并且蚀刻停止层可包括Si氧化物。
根据另一个示范性实施例的一个方面，提供一种制造图像传感器的方法，包括：制备包括像素阵列的基板结构；以及在基板结构上形成包括多个分色器元件的分色器，多个分色器元件根据波长将入射光分成多个出射光，其中形成分色器元件的至少一个包括：在下层结构上形成堆叠结构，堆叠结构具有第一元件部分和堆叠在第一元件部分上的蚀刻停止层；在下层结构上堆叠结构周围形成介电层；在堆叠结构和介电层上形成分色器材料层；以及通过图案化分色器材料层以暴露蚀刻停止层的一部分而形成第二元件部分，其中第二元件部分形成为部分地与第一元件部分重叠。
根据另一个示范性实施例的一个方面，提供一种制造分色器的方法，分色器包括根据波长将入射光分成多个出射光的多个分色器元件，该方法包括：在下层结构上形成第一元件部分；在下层结构上第一元件部分周围形成介电层；在第一元件部分和介电层上形成蚀刻停止材料层；在蚀刻停止材料层上形成分色器材料层；通过图案化分色器材料层以暴露蚀刻停止材料层而形成第二元件部分，其中第二元件部分形成为部分地与第一元件部分重叠；以及通过采用第二元件部分作为蚀刻掩模图案化蚀刻停止材料层。
第一和第二元件部分的至少一个可包括氧化物材料，并且蚀刻停止材料层可包括氮化物材料。
第一和第二元件部分的至少一个可包括钛(Ti)氧化物、铌(Nb)氧化物和钽(Ta)氧化物的至少一个，并且蚀刻停止层可包括硅(Si)氮化物。
在第一和第二元件部分的至少一个包括Ti氧化物时，含氯(Cl)气体可用作Ti氧化物的蚀刻气体，并且在蚀刻停止层包括Si氮化物时，含氟(F)气体可用作Si氮化物的蚀刻气体。
第一和第二元件部分的至少一个可包括氮化物材料，并且蚀刻停止层可包括氧化物材料。
第一和第二元件部分的至少一个可包括Si氮化物，并且蚀刻停止层可包括Si氧化物。
根据另一个示范性实施例的一个方面，提供一种形成图像传感器的方法，包括：制备包括像素阵列的基板结构；在基板结构上形成包括多个分色器元件的分色器，多个分色器元件根据波长将入射光分成多个出射光，其中形成分色器元件的至少一个包括：在底层结构上形成第一元件部分；在底层结构上第一元件部分周围形成介电层；在第一元件部分和介电层上形成蚀刻停止材料层；在蚀刻停止材料层上形成分色器材料层；通过图案化分色器材料层以暴露蚀刻停止材料层而形成第二元件部分，其中第二元件部分形成为部分地与第一元件部分重叠；以及通过采用第二元件部分作为蚀刻掩模图案化蚀刻停止材料层。
根据另一个示范性实施例的一个方面，提供一种分色器，其包括配置为根据波长将入射光分成多个出射光的多个分色器元件，其中分色器元件的至少一个可包括：第一元件部分；以及第二元件部分，设置为相对于第一元件部分偏移以部分地与第一元件部分重叠，其中第一和第二元件部分可由不同的材料形成，并且第一和第二元件部分的材料之间的蚀刻选择性可为约1.5或更大。
第一元件部分可包括氧化物材料，氧化物材料包括钛(Ti)氧化物、铌(Nb)氧化物和钽(Ta)氧化物的至少一个，并且第二元件部分可包括氮化物材料，氮化物材料包括硅(Si)氮化物。
第一元件部分可包括氮化物材料，氮化物材料包括硅(Si)氮化物，并且第二元件部分可包括氧化物材料，氧化物材料包括钛(Ti)氧化物、铌(Nb)氧化物和钽(Ta)氧化物的至少一个。
分色器元件的至少一个还可包括部分地与第二元件部分重叠的第三元件部分。第二和第三元件部分可由不同的材料形成，并且第一和第三元件部分可由相同的材料形成。第一和第二元件部分之间的蚀刻选择性可为约1.5或更大，并且第二和第三元件部分之间的蚀刻选择性可为约1.5或更大。
第一和第三元件部分可包括氧化物材料，氧化物材料包括钛(Ti)氧化物、铌(Nb)氧化物和钽(Ta)氧化物的至少一个，并且第二元件部分可包括氮化物材料，氮化物材料包括硅(Si)氮化物。
附图说明
这些和/或其它方面通过下面结合附图对示范性实施例的描述将变得显见且更加容易理解，附图中：
图1是示出根据示范性实施例的包括分色器结构的图像传感器和包括图像传感器的光学设备的示意性截面图；
图2A是示出光垂直入射在图像传感器上时根据示范性实施例的分色器元件的第一元件部分和第二元件部分之间详细位置关系的截面图；
图2B是示出光倾斜入射在图像传感器上时根据另一个示范性实施例的分色器元件的第一元件部分和第二元件部分之间详细位置关系的截面图；
图2C是示出光倾斜入射在图像传感器上时根据另一个示范性实施例的分色器元件的第一元件部分和第二元件部分之间详细位置关系的截面图；
图3是示出根据示范性实施例的分色器结构和包括分色器结构的图像传感器的截面图；
图4是示出根据另一个示范性实施例的分色器结构和包括分色器结构的图像传感器的截面图；
图5是示出根据比较示例的分色器元件不形成蚀刻停止层的问题的扫描电子显微镜(SEM)截面图；
图6A至6G是示出根据示范性实施例的制造分色器结构的方法的截面图；
图7A至7H是示出根据另一个示范性实施例的制造分色器结构的方法的截面图；
图8A和8B是示出根据另一个示范性实施例的分色器结构的截面图；
图9是示出根据另一个示范性实施例的分色器结构和包括分色器结构的图像传感器的截面图；
图10是示出根据另一个示范性实施例的分色器结构和包括分色器结构的图像传感器的截面图；
图11是示出图1的分色器元件和图像传感器的像素之间位置关系的平面图；
图12是示出在图11所示的图像传感器的第一行中设置的第一和第二像素的结构的截面图；
图13是示出在图11所示的图像传感器的第二行中设置的第三像素的结构的截面图；以及
图14是示出第一元件部分和第二元件部分根据分色器元件在图像传感器中的位置的偏移形式的平面图。
具体实施方式
现在详细参考示范性实施例，其示例示出在附图中，其中相同的附图标记通篇指代相同的元件。这样，示范性实施例可具有不同的形式而不应解释为限于这里阐述的说明。因此，示范性实施例仅参考附图描述来说明各方面。如这里所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列表项的任何和全部组合。在元件列表前诸如“至少一个”的表述修饰整个元件列表，但不修饰列表的个别元件。
现在，将参考其中示出示范性实施例的附图更加全面地描述各种示范性实施例。在全部附图中，为了清楚和说明的方便起见每个元件可夸大尺寸。因此，示范性实施例仅为说明性的，并且来自示范性实施例的各种修改是可能的。
应理解，在一个元件称为“连接”或“联接”到另一个元件时，它可直接连接或联接到另一个元件或者插入元件可存在。相反，在一个元件称为“直接连接”或“直接联接”到另一个元件时，没有插入元件存在。如这里所用，术语“和/或”包括一个或多个相关列表项的任何和全部组合。
应理解，尽管术语“第一”、“第二”等这里可用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区别一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可称为第二元件、部件、区域、层或部分而不脱离示范性实施例的教导。
在这里为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征和其他元件或特征如图中所示的关系。可以理解空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外的装置在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的装置被翻转，被描述为在其他元件或特征的“下方”或“下面”的元件则应取向在所述其他元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。装置也可以有其它取向(旋转90度或其它取向)且相应地解释这里所使用的空间相对描述语。
这里所用的专门术语仅为了描述特定实施例的目的，而不意味着限制示例性实施例。如这里所用，单数形式“一”和“该”也可包括复数形式，除非上下文中清楚地另有表述。还应理解，术语“包括”、“包含”和/或“具有”用在说明书中时规定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或附加。
参考横截面图示在这里描述了示范性实施例，该图示是示范性实施例的理想实施例(和中间结构)的示意图。因此，可以预期由于例如制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化。因此，示范性实施例不应解释为限于这里所示的特别的区域形状，而是包括由于例如由制造引起的形状的偏离。例如，被示为矩形的注入区将通常具有修圆或弯曲的特征和/或在其边缘具有注入浓度的梯度而不是从注入区到非注入区的二元变化。相似地，由注入形成的埋入区可以引起埋入区和通过其进行注入的表面之间的区域中的某些注入。因此，图中示出的区域本质上是示意性的且它们的形状不旨在示出区域的精确的形状且不旨在限制本发明的范围。
除非另有限定，这里所用的所有术语(包括技术和科学术语)与示范性所属领域的普通技术人员的普遍理解具有相同的意思。还应注意，诸如通常所用词典中限定的术语应解释为具有与它们在相关技术的语境中意思具有相同的意思，而不应理想化或过于形式意义上的解释，除非这里特别限定。
在下文，将参考附图详细描述根据示范性实施例的分色器结构、制造分色器结构的方法、包括分色器结构的图像传感器、制造图像传感器的方法和包括图像传感器的光学设备。附图中所示的层或区域的宽度和厚度为了清楚和描述的便利可被夸大。再者，已知的功能或结构不详细描述，因为它们会以不必要的细节使示范性实施例模糊。
图1是示出根据示范性实施例的包括分色器结构CS10的图像传感器IM10和包括图像传感器IM10的光学设备1000的示意性截面图。这里，光学设备1000可为图像拾取设备。
参见图1，根据示范性实施例的光学设备1000可包括透镜结构LS10和将通过透镜结构LS10的光转换成电图像信号的图像传感器IM10。透镜结构LS10可包括至少一个透镜。透镜结构LS10可为包括多个透镜的透镜组件。透镜结构LS10可称为物镜。尽管仅简单图示了透镜结构LS10，但是其配置可非常不同。图像传感器IM10可包括具有用于感测光的多个像素Px的像素阵列PA10以及具有多个分色器元件CE10的分色器结构CS10。像素Px可二维设置，并且分色器元件CE10也可二维设置。尽管图1中仅示出五个分色器元件CE10，但不限于此，而是更多的分色器元件CE10可提供在其中。分色器元件CE10可构成分色器元件阵列。换言之，分色器结构CS10可包括分色器元件阵列。分色器结构CS10还可包括提供在像素阵列PA10的表面上的透明介电层DL10，并且分色器元件CE10可埋设在透明介电层DL10中。
分色器元件CE10可设置在像素阵列PA10的光入射侧以根据波长分开入射光，从而不同波长的光可入射在不同的像素Px上。换言之，分色器元件CE10的每一个可根据波长将入射其上的光(入射光)分成多个出射光，并且出射光可辐射到像素Px。分色器元件CE10可利用光根据其波长变化的衍射或折射特性通过根据入射光的波长改变光的传播路径而分开颜色。通过使用分色器元件CE10，通过优化光入射在各像素Px上的光谱分布可提高光利用效率。图像传感器IM10的分色器元件CE10和像素Px之间的位置关系可根据分色器元件CE10的颜色分离性能而被不同的设计。
分色器元件CE10的每一个可包括多个元件部分，例如，第一元件部分E10和第二元件部分E20，设置在其入射表面和出射表面之间。在此情况下，分色器元件CE10的每一个还可包括提供在第一元件部分E10和第二元件部分E20之间的蚀刻停止层ES10。第一元件部分E10可设置在出射表面侧上，并且第二元件部分E20可设置在入射表面侧上。换言之，第一元件部分E10和第二元件部分E20可顺序设置在从出射表面到与其对应的入射表面的方向上。第一元件部分E10和第二元件部分E20之间的相对位置关系以及蚀刻停止层ES10的功能稍后将更加详细地描述。
透镜结构LS10可将物体的图像聚焦在图像传感器IM10上。来自物体某点的光可通过透镜结构LS10聚焦在图像传感器IM10上的某点上。例如，来自光轴OX上某一点C的光可通过透镜结构LS10且到达图像传感器IM10在光轴OX上的中心。再者，来自光轴OX之外设置的点A、B、D和E中任何一个的光可由透镜结构LS10传播跨过光轴OX且到达图像传感器IM10中心之外区域中的一点。例如，来自位于光轴OX之上的点A的光可传播跨过光轴OX且到达图像传感器IM10的下边缘，来自位于光轴OX之下的点E的光可传播跨过光轴OX且到达图像传感器IM10的上边缘。来自位于光轴OX和点A之间的点B的光可到达图像传感器IM10的下边缘和中心之间的位置，并且来自位于光轴OX和点E之间D点的光可到达图像传感器IM10的上边缘和中心之间的位置。
因此，来自不同点A、B、C、D和E的光可以根据光轴OX与点A、B、C、D和E之间的距离以不同的入射角入射在图像传感器IM10上。光入射在图像传感器IM10上的入射角可定义为主光线角(CRA)。主光线可表示从物体的一点开始、通过透镜结构LS10的中心(或者相邻于中心的部分)且到达图像传感器IM10的光线。CRA可表示主光线相对于光轴OX形成的角。来自光轴OX上点C的光的CRA可为0°，并且该光可垂直入射在图像传感器IM10上。CRA可随着起点远离光轴OX而增加。
从图像传感器IM10的观点，光入射在图像传感器IM10的中心部分上的CRA可为0°，入射光的CRA可朝着图像传感器IM10的边缘逐渐增大。例如，来自点A和E且达到图像传感器IM10的两个边缘的光的CRA可为最大，并且来自点C且到达图像传感器IM10的中心部分的光的CRA可为0°。来自点B且达到图像传感器IM10的中心和下边缘之间位置的光的CRA可大于0°且小于来自点A和E的光的CRA。类似地，来自点D且到达图像传感器IM10的中心和上边缘之间位置的光的CRA可大于0°且小于来自点A和E的光的CRA。图1中所示的光程仅为示范性的，并且该光程可根据透镜结构LS10的配置而变化。
根据示范性实施例的分色器结构CS10可包括分色器元件CE10，其配置为甚至在图像传感器IM10的边缘以及其中心部分处执行有效颜色分离。分色器元件CE10的每一个可包括多个元件部分，例如，第一元件部分E10和第二元件部分E20，其顺序设置在从其出射表面到与其对应的入射表面的方向上。分色器元件CE10的第一元件部分E10和第二元件部分E20可根据分色器元件CE10在图像传感器IM10中的位置而偏移不同的程度。例如，设置在图像传感器IM10的中心部分的分色器元件CE10的第一元件部分E10和第二元件部分E20可排列在光轴OX上，从而第一元件部分E10和第二元件部分E20不彼此偏移。分色器元件CE10设置在图像传感器IM10的中心部分之外区域中的第一元件部分E10和第二元件部分E20可彼此偏移。例如，第一元件部分E10和第二元件部分E20之间的偏移程度可随着距图像传感器IM10的中心部分的距离增加而增加。分色器元件CE10设置在图像传感器IM10的最外边缘处的第一元件部分E10和第二元件部分E20可偏移到最大程度。蚀刻停止层ES10可设置在第一元件部分E10和第二元件部分E20之间。蚀刻停止层ES10可保护第一元件部分E10在形成移动到第一元件部分E10的第二元件部分E20的过程中不受损坏。蚀刻停止层ES10可利于调整第一元件部分E10和与其对应的第二元件部分E20之间的距离。再者，蚀刻停止层ES10可改善每个分色器元件CE10的颜色分离性能。
在分色器元件的每一个形成在一个单元体中且分色器元件具有相同的方向性时，例如，平行于光轴OX的方向性，分色器元件可相对于垂直入射在分色器元件上的光有效操作。然而，在入射角增大超过一定角度时，分色器元件的分色效率可显著降低。因此，在具有相同结构的分色器元件设置在图像传感器IM10的整个区域中时，图像的质量随着距图像传感器IM10的中心部分距离的增加可更加劣化。然而，根据示范性实施例，因为分色器元件CE10的每一个包括多个元件部分E10和E20且元件部分E10和E20在每个分色器元件CE10中的偏移程度根据分色器元件CE10在图像传感器IM10中的位置而调整，所以对图像传感器IM10的每个位置可保证良好的颜色分离性能。
图2A是示出光(入射光)垂直入射在图像传感器IM10上时(见图1)分色器元件CE10的第一元件部分E10和第二元件部分E20之间详细位置关系的截面图。图2B和2C是示出光(入射光)倾斜入射在图像传感器IM10上时分色器元件CE10的第一元件部分E10和第二元件部分E20之间详细位置关系的截面图。
参见图2A，透明介电层DL10可提供在分成多个像素(Px)区域的光敏装置部分PS10上，并且分色器元件CE10可提供在透明介电层DL10中。这里，光敏装置部分PS10可对应于图1的像素阵列PA10。入射光可由分色器元件CE10分成第一波长带的光C1和第二波长带的光C2。分色器元件CE10可设计为改变入射光当中倾斜于两侧的第二波长带的光C2的传播方向而不改变第一波长带的光C1的传播方向。第一波长带的光C1可在通过分色器元件CE10后入射在直接位于分色器元件CE10之下的像素(Px)区域的光敏装置部分PS10上。第二波长带的光C2可在通过分色器元件CE10后入射在位于分色器元件CE10两侧的像素(Px)区域的光敏装置部分PS10上。
如图2A所示，在入射光垂直入射在图像传感器IM10上时(见图1)，分色器元件CE10的第一元件部分E10和第二元件部分E20可不彼此偏移。在此情况下，第一元件部分E10和第二元件部分E20的中心部分可沿着对应的像素(Px)区域的中心线对准。分色器元件CE10可设置在图像传感器IM10的中心部分(见图1)。
参见图2B和2C，在入射光倾斜入射在图像传感器IM10上时(见图1)，分色器元件CE10的第一元件部分E10和第二元件部分E20可彼此偏移。分色器元件CE10的第一元件部分E10和第二元件部分E20可偏移为与倾斜入射光的传播方向对齐。例如，如图2B所示，在入射光从左侧倾斜入射时，与第一元件部分E10相比，第二元件部分E20可相对进一步偏移到左边。同样，如图2C所示，在入射光从右侧倾斜入射时，与第一元件部分E10相比，第二元件部分E20可相对进一步偏移到右边。第一元件部分E10和第二元件部分E20的相对偏移距离“d”可随着入射光的角度(即入射角)的增加，即CRA的增加而增加。连接第一元件部分E10和第二元件部分E20的中心部分的直线的角度可等于或类似于入射光的角度(即入射角)。
蚀刻停止层ES10在分色器元件CE10中的位置可根据示范性实施例而变化。图3和4是示出根据示范性实施例的分色器元件CE11和CE12的结构的截面图。
图3是示出根据示范性实施例的分色器结构和包括分色器结构的图像传感器的截面图。
参见图3，可制备光敏装置部分PS11。尽管图3中没有示出，但是光敏装置部分PS11可分成多个像素区域。光敏装置部分PS11可为包括像素阵列的基板结构。第一介电层DL11可提供在光敏装置部分PS11上。第一元件部分E11可提供在第一介电层DL11上。第二元件部分E21可设置在第一元件部分E11上以相对于第一元件部分E11偏移而与第一元件部分E11部分地重叠。蚀刻停止层ES11可提供在第一元件部分E11和第二元件部分E21之间。第一元件部分E11、蚀刻停止层ES11和第二元件部分E21可构成分色器元件CE11。
第一元件部分E11可具有面对第二元件部分E21的第一表面(顶表面)，并且第二元件部分E21可具有面对第一元件部分E11的第二表面(底表面)。蚀刻停止层ES11可设置在第一表面和第二表面之间。蚀刻停止层ES11可提供为对应于第一表面，即第一元件部分E11的顶表面。第二元件部分E21的第二表面的一部分，即底表面的一部分可不被蚀刻停止层ES11覆盖。同样，蚀刻停止层ES11的一部分可不被第二元件部分E21覆盖。
第二介电层DL21可提供在第一介电层DL11上以在其中埋设第一元件部分E11和蚀刻停止层ES11。第二介电层DL21的顶表面的高度可类似于或对应于蚀刻停止层ES11的顶表面的高度。第三介电层DL31可提供在第二介电层DL21上以在其中埋设第二元件部分E21。第三介电层DL31的顶表面的高度可类似于或对应于第二元件部分E21的顶表面的高度。第一至第三介电层DL11、DL21和DL31可构成介电层。第一至第三介电层DL11、DL21和DL31可为透明介电层。
图4是示出根据另一个示范性实施例的分色器结构和包括分色器结构的图像传感器的截面图。
参见图4，第一介电层DL12可提供在光敏装置部分PS12上，并且第一元件部分E12可提供在第一介电层DL12上。第二元件部分E22可设置在第一元件部分E12上以与第一元件部分E12部分地重叠。蚀刻停止层ES12可提供在第一元件部分E12和第二元件部分E22之间。第一元件部分E12、蚀刻停止层ES12和第二元件部分E22可构成分色器元件CE12。
第一元件部分E12可具有面对第二元件部分E22的第一表面(顶表面)，并且第二元件部分E22可具有面对第一元件部分E12的第二表面(底表面)。蚀刻停止层ES12可设置在第一表面和第二表面之间。蚀刻停止层ES12可提供为对应于第二表面，即第二元件部分E22的底表面。第一表面的一部分，即第一元件部分E12的顶表面的一部分可不被蚀刻停止层ES12覆盖。同样，蚀刻停止层ES11的一部分可不被第一元件部分E12覆盖。
第二介电层DL22可提供在第一介电层DL12上以在其中埋设第一元件部分E12。第二介电层DL22的顶表面的高度可类似于或对应于第一元件部分E12的顶表面的高度。第三介电层DL32可提供在第二介电层DL22上以在其中埋设蚀刻停止层ES12和第二元件部分E22。第三介电层DL32的顶表面的高度可类似于或对应于第二元件部分E22的顶表面的高度。第一至第三介电层DL12、DL22和DL32可为透明介电层。
在图3和4中，蚀刻停止层ES11和ES12可由相对于第一元件部分E11和E12和第二元件部分E21和E22的至少一个具有约1.5或更大或者约3或更大蚀刻选择性的材料形成。例如，在图3中，蚀刻停止层ES11可由相对于第二元件部分E21具有约1.5或更大或者约3或更大蚀刻选择性的材料形成；并且在图4中，蚀刻停止层ES12可由相对于第一元件部分E12具有约1.5或更大或者约3或更大蚀刻选择性的材料形成。在图3中，第一和第二元件部分E11和E21可由相同的材料或者不同的材料形成。类似地，在图4中，第一和第二元件部分E12和E22可由相同的材料或不同的材料形成。
分色器元件CE11和CE12的第一元件部分E11和E12和第二元件部分E21和E22可由具有相对高折射系数的材料，例如，具有约2或更大折射系数的材料形成。介电层DL11至DL31和DL12至DL32可由具有相对低折射系数的材料，例如折射系数低于约2或低于约1.5的材料形成。例如，第一元件部分E11和E12和第二元件部分E21和E22可包括氧化物，例如Ti氧化物(例如，TiO2)、Nb氧化物(例如，Nb2O5)或Ta氧化物(例如，Ta2O5)，或者可包括氮化物，例如Si氮化物(例如，Si3N4或SiN3)。作为另一个示例，第一元件部分E11和E12和第二元件部分E21和E22可包括化合物，例如ZnS或ZnSe。介电层DL11至DL31和DL12至DL32可由例如SiO2或硅氧烷基旋涂玻璃(SOG)材料形成。然而，上述材料仅为示范性的，并且也可采用各种其它材料。第一元件部分E11和E12和第二元件部分E21和E22可由具有相同折射系数的相同材料或具有不同折射系数的不同材料形成。
在第一元件部分E11和E12和第二元件部分E21和E22包括诸如Ti氧化物(例如，TiO2)、Nb氧化物(例如，Nb2O5)或Ta氧化物(例如，Ta2O5)的氧化物时，蚀刻停止层ES11和ES12可包括非氧化物材料。例如，蚀刻停止层ES11和ES12可包括Si氮化物(例如，Si3N4)。换言之，在蚀刻停止层ES11和ES12包括诸如Si氮化物(例如，Si3N4)的氮化物时，第一元件部分E11和E12和第二元件部分E21和E22可包括非氮化物材料。非氮化物材料可包括例如Ti氧化物(例如，TiO2)、Nb氧化物(例如，Nb2O5)和/或Ta氧化物(例如，Ta2O5)。氧化物(例如，TiO2、Nb2O5或Ta2O5)和氮化物(例如，Si3N4)之间的蚀刻选择性可为约1.5或更大或者约3或更大。在第一元件部分E11和E12和第二元件部分E21和E22包括诸如Si氮化物(例如，Si3N4或SiN3)的氮化物时，蚀刻停止层ES11和ES12可包括非氮化物材料。例如，蚀刻停止层ES11和ES12可包括诸如Si氧化物(例如，SiO2)的氧化物。氮化物(例如，Si3N4或SiN3)和氧化物(例如，SiO2)之间的蚀刻选择性可为约1.5或更大或者约3或更大。
蚀刻停止层ES11和ES12的厚度可根据过蚀刻度、蚀刻选择性以及第一元件部分E11和E12和第二元件部分E21和E22的厚度决定。例如，蚀刻停止层ES11和ES12的厚度可确定为约50nm或更小。第一元件部分E11和E12和第二元件部分E21和E22的每一个的厚度可为约几十纳米至约几百纳米。再者，第一元件部分E11和E12和第二元件部分E21和E22的每一个的宽度可为约几十纳米至约几百纳米，并且第一元件部分E11和E12与第二元件部分E21和E22之间的偏移距离可确定为小于它们每一个的宽度。
如图3和4所示，在分色器元件CE11和CE12包括蚀刻停止层ES11和ED12时，可在形成第二元件部分E21和E22的工艺中抑制对第一元件部分E11和E12的损坏，第一元件部分E11和E12与第二元件部分E21和E22之间的距离可容易控制，并且可容易保证其的改善的颜色分离性能。
图5是示出根据比较示例的分色器元件不形成蚀刻停止层的问题的扫描电子显微镜(SEM)截面图。
参见图5，在形成分色器元件而没有蚀刻停止层时，底部元件部分的一部分可能在形成顶部元件部分的蚀刻工艺中被不希望地蚀刻和损坏。考虑到整个基板(晶片)中蚀刻的非均匀性，与形成顶部元件部分的工艺中顶部元件部分的设计厚度相比，顶部元件部分可能需要过蚀刻约10％至约30％，并且因此底部元件部分可能容易受损。该问题可能朝着远离图像传感器IM10的中心部分的边缘侧而恶化(见图1)。就是说，两个元件部分之间的偏移程度可朝着远离图像传感器IM10的中心的边缘侧而增加(见图1)，并且底部元件部分的损坏程度可随着其间偏移程度增加而增加。然而，根据示范性实施例，因为蚀刻停止层设置在多个元件部分(顶部和底部元件部分)之间，所以图5中所示的问题可得到防止，并且具有原始设计形状的分色器元件可容易实现。蚀刻停止层可控制元件部分(顶部和底部元件部分)之间的距离且改善分色器元件的颜色分离性能。
图6A至6G是示出根据示范性实施例的制造分色器结构的方法的截面图。
参见图6A，可制备下层结构US1。下层结构US1可包括光敏装置部分100和形成在光敏装置部分100上的第一介电层110。
参见图6B，用于分色器的第一材料层120可形成在第一介电层110上。其后，蚀刻停止材料层130可形成在用于分色器的第一材料层120上。第一材料层120的材料可与参考图3和4描述的第一元件部分E11和E12的材料相同或类似。蚀刻停止材料层130的材料可与参考图3和4描述的蚀刻停止层ES11和ES12的材料相同或类似。例如，第一材料层120可包括诸如Ti氧化物(例如，TiO2)、Nb氧化物(例如，Nb2O5)或Ta氧化物(例如，Ta2O5)的氧化物，或者可包括诸如Si氮化物(例如，Si3N4或SiN3)的氮化物。作为另一个示例，第一材料层120可包括诸如ZnS或ZnSe的化合物。蚀刻停止材料层130可由相对于第一材料层120具有约1.5或更大或者约3或更大的蚀刻选择性的材料形成。在第一材料层120包括诸如Ti氧化物(例如，TiO2)、Nb氧化物(例如，Nb2O5)或Ta氧化物(例如，Ta2O5)的氧化物时，蚀刻停止材料层130可包括诸如Si氮化物(例如，Si3N4)的非氧化物材料。在第一材料层120包括诸如Si氮化物(例如，Si3N4或SiN3)的氮化物时，蚀刻停止材料层130可包括诸如Si氧化物(例如，SiO2)的非氮化物材料。第一材料层120的材料和蚀刻停止材料层130的材料可彼此置换。第一材料层120和蚀刻停止材料层130的材料不限于此，而是可进行各种修改。
参见图6C，蚀刻停止材料层130和第一材料层120可顺序图案化以形成第一元件部分120a和蚀刻停止层130a。蚀刻掩模(未示出)可形成在蚀刻停止材料层130上以形成蚀刻停止层130a和第一元件部分120a。蚀刻停止层130a可提供在第一元件部分120a的顶表面上。第一元件部分120a和蚀刻停止层130a可构成堆叠结构SS1。
在蚀刻停止材料层130包括氮化物时，含氟(F)气体可在形成蚀刻停止层130a的图案化工艺中用作蚀刻气体。例如，在蚀刻停止材料层130包括Si氮化物(例如，Si3N4)时，用于对其蚀刻的蚀刻气体可包括CF4和O2，或者可包括CF4、CHF3和O2。该蚀刻气体可仅相对于蚀刻停止材料层130具有高蚀刻选择性，并且可很少影响第一材料层120。在蚀刻停止材料层130包括Si氧化物(例如，SiO2)时，用于对其蚀刻的蚀刻气体可包括例如C4F6、Ar和O2。
在第一材料层120包括氧化物时，含氯(Cl)气体可在形成第一元件部分120a的图案化工艺中用作蚀刻气体。例如，在第一材料层120包括Ti氧化物(例如，TiO2)时，用于对其蚀刻的蚀刻气体可包括BCl3和Ar，或者可包括BCl3和He。用于蚀刻包括Ti氧化物(例如，TiO2)的第一材料层120的蚀刻气体可包括BCl3、Ar或O2，或者可包括BCl3、He和O2。例如，用于蚀刻包括Ti氧化物(例如，TiO2)的第一材料层120的蚀刻气体可包括BCl3和C2H4，或者可包括Cl2和Ar。该蚀刻气体仅相对于第一材料层120可具有高蚀刻选择性，并且可很少影响蚀刻停止材料层130。
在第一材料层120包括Nb氧化物(例如，Nb2O5)时，用于对其蚀刻的蚀刻气体可包括CF4和O2，或者可包括CF4和H2。在第一材料层120包括Ta氧化物(例如，Ta2O5)时，用于对其蚀刻的蚀刻气体可包括CF4、CF3Cl或CHF3、CF4和Ar。在第一材料层120包括Si氮化物(例如，Si3N4或SiN3)时，用于对其蚀刻的蚀刻气体可包括CF4或O2，或者可包括CF4、CHF3和O2。
参见图6D，第二介电层140可形成在第一介电层110上、在堆叠结构SS1周围。第二介电层140的顶表面的高度可等于或类似于蚀刻停止层130a的顶表面的高度。例如，介电材料层可形成在第一介电层110上以覆盖堆叠结构SS1，并且可在介电材料层上执行平坦化工艺和/或回蚀刻工艺以形成第二介电层140。
参见图6E，用于分色器的第二材料层150可形成在蚀刻停止层130a和第二介电层140上。第二材料层150的材料可与第一材料层120的材料相同或不同。例如，第二材料层150可包括诸如Ti氧化物(例如，TiO2)、Nb氧化物(例如，Nb2O5)或Ta氧化物(例如，Ta2O5)的氧化物、诸如Si氮化物(例如，Si3N4或SiN3)的氮化物或诸如ZnS或ZnSe的化合物。
参见图6F，蚀刻掩模(未示出)可形成在第二材料层150上，并且第二材料层150没有被蚀刻掩模覆盖的一部分可被蚀刻。换言之，第二材料层150可以以一定的形式图案化。在此情况下，第二材料层150可图案化为暴露蚀刻停止层130a的一部分。结果，第二元件部分150a可图案化且由第二材料层150形成。第二元件部分150a可形成为与第一元件部分120a部分地重叠。
通过蚀刻停止层130a，第一元件部分120a可在蚀刻第二材料层150的工艺中得到保护而不损坏。在第二材料层150包括氧化物时，含氯(Cl)气体可在形成第二元件部分150a的图案化工艺中用作蚀刻气体。在第二材料层150包括Ti氧化物(例如，TiO2)时，用于对其蚀刻的蚀刻气体可包括BCl3和Ar，或者可包括BCl3和He。作为选择，蚀刻气体可包括BCl3、Ar和O2，或者包括BCl3、He和O2。作为选择，蚀刻气体可包括BCl3和C2H4，或者包括Cl2和Ar。
在第二材料层150包括Nb氧化物(例如，Nb2O5)时，用于对其蚀刻的蚀刻气体可包括CF4和O2，或者可包括CF4和H2。在第二材料层150包括Ta氧化物(例如，Ta2O5)时，用于对其蚀刻的蚀刻气体可包括CF4、CF3Cl或CHF3、CF4和Ar。在第二材料层150包括Si氮化物(例如，Si3N4或SiN3)时，用于对其蚀刻的蚀刻气体可包括CF4和O2，或者可包括CF4、CHF3和O2。
用于蚀刻第二材料层150的蚀刻气体可仅相对于第二材料层150具有高蚀刻选择性，并且可很少影响蚀刻停止层130a。甚至在用于蚀刻第二材料层150的蚀刻气体和用于蚀刻蚀刻停止材料层130的蚀刻气体(见图6B)包括类似的系列气体时，蚀刻选择性也可根据伴随的气体类型和其它蚀刻条件而增加。因此，第一元件部分120a可在通过蚀刻第二材料层150形成第二元件部分150a的工艺中得到保护而不受损。再者，通过蚀刻停止层130a，第一元件部分120a和第二元件部分150a之间的距离可在基板(晶片)的整个区域上均匀地或者几乎均匀地控制。
参见图6G，第三介电层160可形成在第二介电层140上、在第二元件部分150a周围。第三介电层160的顶表面的高度可等于或类似于第二元件部分150a的顶表面的高度。介电材料层可形成在第二介电层140上以覆盖第二元件部分150a，并且可在介电材料层上执行平坦化工艺和/或回蚀刻工艺以形成第三介电层160。第一元件部分120a、第二元件部分150a和提供在其间的蚀刻停止层130a可构成分色器元件CE1。分色器元件CE1可对应于图3的分色器元件CE11。
图7A至7H是示出根据另一个示范性实施例的制造分色器结构的方法的截面图
参见图7A，可制备下层结构US2。下层结构US2可包括光敏装置部分200和形成在光敏装置部分200上的第一介电层210。
参见图7B，用于分色器的第一材料层220可形成在第一介电层210上。用于分色器的第一材料层220的材料可与图6B的第一材料层120的材料相同或类似。
参见图7C，第一材料层220可图案化为形成第一元件部分220a。第一元件部分220a可类似于或对应于图6C的第一元件部分120a。图案化第一材料层220的工艺中所用的蚀刻气体可与图案化图6B的第一材料层120的工艺中所用的蚀刻气体相同或类似。
参见图7D，第二介电层230可形成在第一介电层210上、在第一元件部分220a周围。
参见图7E，蚀刻停止材料层240可形成在第一元件部分220a和第二介电层230上，并且用于分色器的第二材料层250可形成在蚀刻停止材料层240上。蚀刻停止材料层240的材料可与图6B的蚀刻停止材料层130的材料相同或类似，并且第二材料层250的材料可与图6E的第二材料层150的材料相同或类似。
参见图7F，第二材料层250可图案化为暴露蚀刻停止材料层240以形成第二元件部分250a。第二元件部分250a可形成为与第一元件部分220a部分地重叠。图案化第二材料层250的工艺中所用的蚀刻气体可与图案化图6E的第二材料层150的工艺中所用的蚀刻气体相同或类似。
参见图7G，通过采用第二元件部分250a作为蚀刻掩模，蚀刻停止材料层240可蚀刻为形成在第二元件部分250a下的蚀刻停止层240a。因为蚀刻停止材料层240和第一元件部分220a之间的蚀刻选择性很高，所以甚至在蚀刻停止材料层240蚀刻为暴露第一元件部分220a的一部分时，第一元件部分220a也可很少受损。再者，因为蚀刻停止材料层240和第二介电层(平坦化层)230之间的蚀刻选择性可以很高，所以第二介电层(平坦化层)230可在形成蚀刻停止层240a的工艺中得到保护而很少受损。就是说，蚀刻停止材料层240可保护第一元件部分220a和第二介电层(平坦化层)230。用于图案化蚀刻停止材料层240的蚀刻气体可与用于图案化图6B的蚀刻停止材料层130的蚀刻气体相同或类似。
参见图7H，第三介电层260可形成在第二介电层230上、在第二元件部分250a周围。第三介电层260的顶表面的高度可与第二元件部分250a的顶表面的高度相等或类似。第一元件部分220a、第二元件部分250a和提供在其间的蚀刻停止层240a可构成分色器元件CE2。分色器元件CE2可对应于图4的分色器元件CE12。
尽管上面的示范性实施例示出了其中一个分色器元件包括两个元件部分的情况，但是一个分色器元件可包括三个或更多的元件部分。其示例示出在图8A和8B中。
参见图8A和8B，分色器元件CE15可包括第一元件部分E15、第二元件部分E25和第三元件部分E35。第一元件部分E15、第二元件部分E25和第三元件部分E35可从出射表面到入射表面顺序设置。第一蚀刻停止层ES15可提供在第一元件部分E15和第二元件部分E25之间，并且第二蚀刻停止层ES25可提供在第二元件部分E25和第三元件部分E35之间。第二元件部分E25可提供为与第一元件部分E15部分地重叠，并且第三元件部分E35可提供为与第二元件部分E25部分地重叠。
如图8A所示，在入射光垂直入射时，第一至第三元件部分E15、E25和E35的中心部分可沿着对应像素区域的中心线对准。
如图8B所示，在入射光倾斜入射时，第一至第三元件部分E15、E25和E35可彼此偏移。连接第一元件部分E15的中心、第二元件部分E25的中心和第三元件部分E35的中心的直线的角度可等于或类似于入射光的角度。此外，第一元件部分E15和第二元件部分E25之间的相对偏移距离(第一偏移距离)“d1”以及第二元件部分E25和第三元件部分E35之间的相对偏移距离(第二偏移距离)“d2”可彼此相等或不同。第一偏移距离“d1”和第二偏移距离“d2”可根据入射光的角度和要分开光的波长带而不同的选择。同样，第一元件部分E15和第二元件部分E25之间的距离以及第二元件部分E25和第三元件部分E35之间的距离可彼此相等或不同。就是说，第一蚀刻停止层ES15的厚度和第二蚀刻停止层ES25的厚度可彼此相等或不同。
图8B示出了其中第一和第二蚀刻停止层ES15和ES25提供为分别对应于第一元件部分ES15的顶表面和第二元件部分E25的顶表面的情况。然而，根据另一个示范性实施例，第一和第二蚀刻停止层ES15和ES25可提供为分别对应于第二元件部分ES25的底表面和第三元件部分E35的底表面。换言之，图8B的分色器结构可具有与图3或4对应的结构或其修改的结构，同时具有三个元件部分E15、E25和E35。
尽管图8A和8B示出了其中分色器元件CE15具有三个元件部分E15、E25和E35的情况，但是分色器元件可包括在入射光的传播方向上顺序设置的四个或更多个元件部分。在图8A和8B中，附图标记PS15和DL15分别表示光敏装置部分和透明介电层。
上面的示范性实施例示出了其中蚀刻停止层提供在具有类似材料的两个相邻元件部分之间的情况。然而，根据另一个示范性实施例，两个相邻元件部分可由具有高蚀刻选择性的不同材料形成，并且在此情况下可不形成蚀刻停止层。这将在下面参考图9和10来描述。
图9是示出根据另一个示范性实施例的分色器结构和包括分色器结构的图像传感器的截面图。
参见图9，分色器元件CE17可包括第一元件部分E17和第二元件部分E27。第一元件部分E17和第二元件部分E27可彼此接触。第一元件部分E17和第二元件部分E27可由不同的材料形成。第一元件部分E17的材料和第二元件部分E27的材料之间的蚀刻选择性可为约1.5或更大。例如，两个材料之间的蚀刻选择性可为约3或更大或者约5或更大。在此情况下，第一元件部分E17在形成第二元件部分E27的工艺中可很少受损。
例如，第一元件部分E17可由诸如Ti氧化物(例如，TiO2)、Nb氧化物(例如，Nb2O5)或Ta氧化物(例如，Ta2O5)的氧化物形成，并且第二元件部分E27可由非氧化物材料形成。非氧化物材料例如可包括诸如Si氮化物(例如，Si3N4或SiN3)的氮化物。替换地，第一元件部分E17可由诸如Si氮化物(例如，Si3N4或SiN3)的氮化物形成，并且第二元件部分E27可由非氮化物材料形成。非氮化物材料可包括诸如Ti氧化物(例如，TiO2)、Nb氧化物(例如，Nb2O5)或Ta氧化物(例如，Ta2O5)的氧化物。替换地，在第一元件部分E17由诸如Ti氧化物(例如，TiO2)、Nb氧化物(例如，Nb2O5)或Ta氧化物(例如，Ta2O5)的氧化物形成时，第二元件部分E27可由从Si3N4、SiN3、ZnS和ZnSe组成的组选出的至少一个形成。替换地，在第一元件部分E17由诸如Si氮化物(例如，Si3N4或SiN3)的氮化物形成时，第二元件部分E27可由从TiO2、Nb2O5、Ta2O5、ZnS和ZnSe组成的组选出的至少一个形成。替换地，第一元件部分E17可由诸如Si氮化物(例如，Si3N4或SiN3)的氮化物形成，并且第二元件部分E27可由诸如Si氧化物(例如，SiO2)的氧化物形成，或者反之亦然。然而，上面的材料仅为示范性的，并且也可使用各种其它材料。
根据图9的示范性实施例，在第一和第二元件部分E17和E27由不同的材料形成而不采用蚀刻停止层时，其制造工艺可简化。在图9中，附图标记PS17、DL17、DL27和DL37分别表示光敏装置部分、第一介电层、第二介电层和第三介电层。
图10是示出根据另一个示范性实施例的分色器结构和包括分色器结构的图像传感器的截面图。
参见图10，分色器元件CE18可包括第一元件部分E18、第二元件部分E28和第三元件部分E38。第一元件部分E18和第二元件部分E28可彼此接触，并且第二元件部分E28和第三元件部分E38可彼此接触。第一元件部分E18和第二元件部分E28可由不同的材料形成，并且第二元件部分E28和第三元件部分E38可由不同的材料形成。第一元件部分E18和第三元件部分E38可由相同的材料形成。在此情况下，第一元件部分E18和第三元件部分E38可由第一材料形成，并且第二元件部分E28可由与第一材料不同的第二材料形成。第一元件部分E18和/或第三元件部分E38可由与参考图9描述的第一元件部分E17的材料相同或类似的材料形成。第二元件部分E28可由与参考图9描述的第二元件部分E27的材料相同或类似的材料形成。在某些情况下，第一至第三元件部分E18、E28和E38的全部可由不同的材料形成。
第一元件部分E18和第二元件部分E28之间的蚀刻选择性可为约1.5或更大，并且第二元件部分E28和第三元件部分E38之间的蚀刻选择性也可为约1.5或更大。例如，第一元件部分E18和第二元件部分E28之间的蚀刻选择性可为约3或更大或者约5或更大，并且第二元件部分E28和第三元件部分E38之间的蚀刻选择性也可为约3或更大或者约5或更大。在图10中，附图标记PS18、DL18、DL28、DL38和DL48分别表示光敏装置部分、第一介电层、第二介电层、第三介电层和第四介电层。
图11是示出图1的图像传感器IM10的分色器元件CE10和像素之间位置关系的平面图。
参见图11，图像传感器IM10可包括像素阵列PA10，像素阵列PA10具有设置成具有多个行和列的二维(2D)矩阵的多个光检测器像素Px1、Px2和Px3。例如，第一像素Px1和第二像素Px2可交替地设置在第一行R1中，并且仅第三像素Px3可设置在相邻于第一行R1的第二行R2中。第一和第二行R1和R2可交替地设置在垂直方向上。分色器元件CE10可设置为分别面对第一行R1中的第一像素Px1。
图12是示出图11中所示的图像传感器IM10的第一行R1中设置的第一和第二像素Px1和Px2的结构的截面图。
参见图12，第一行R1可包括光感应层PL10、设置在光感应层PL10的光入射表面上的滤色器层CL10、设置在滤色器层CL10之上的透明介电层DL10、提供在第一像素Px1的透明介电层DL10中的分色器元件CE10以及设置在透明介电层DL10上以将入射光聚焦到分色器元件CE10的微透镜ML10a。光感应层PL10可根据入射光的强度将其转换成电信号。滤色器层CL10可包括第一滤色器CF1和第二滤色器CF2，第一滤色器CF1设置在第一像素Px1中以仅透射第一波长带中的光，第二滤色器CF2设置在第二像素Px2中以仅透射第二波长带中的光。尽管微透镜ML10a示出为覆盖位于其两侧上的第一像素Px1和第二像素Px2，但是它可单独提供以对应于各像素区域(Px1和Px2)。再者，尽管简单地示出了微透镜ML10a，但是它可具有一定的透镜形状。
在上面的结构中，在通过分色器元件CE10时，由微透镜ML10a聚焦的光可由分色器元件CE10分成第一波长带的光C1和第二波长带的光C2。例如，分色器元件CE10可设计为改变入射光当中倾斜到两侧的第二波长带的光C2的传播方向而不改变第一波长带的光C1的传播方向。然后，第一波长带的光C1可在通过分色器元件CE10后入射在直接位于分色器元件CE10下的第一像素Px1的光感应层PL10上。第二波长带的光C2可在通过分色器元件CE10后入射在位于第一像素Px1两侧的第二像素Px2的光感应层PL10上。
图13是示出设置在图11所示的图像传感器IM10的第二行R2中的第三像素Px3的结构的截面图。
参见图13，第三像素Px3可包括光感应层PL10、设置在光感应层PL10的光入射表面上的滤色器层CL10、设置在滤色器层CL10之上的透明介电层DL10以及设置在透明介电层DL10上以在光感应层PL10上聚焦入射光的微透镜ML10b。在该结构中，通过微透镜ML10b，入射光可在通过透明介电层DL10和滤色器层CL10后聚焦在光感应层PL10上。滤色器层CL10可包括用于仅透射入射光当中的第三波长带的光的第三滤色器CF3。因此，第三像素Px3可仅检测第三波长带的光。
在图11至13中所示的示例中，在第三像素Px1的第三滤色器CF3中，仅约33％的入射光可透射且到达相关技术的像素结构中的光感应层PL10。另一方面，在第一像素Px1的第一滤色器CF1和第二像素Px2的第二滤色器CF2中，因为对应于滤色器CF1和CF2的每一个的颜色比例高，所以与相关技术的像素结构相比其光透射率可提高。因此，第一像素Px1和第二像素Px2中的光利用效率可提高。例如，第一波长带可为蓝色，第二波长带可为红色，并且第三波长带可为绿色。换言之，第一像素Px1可为蓝像素，第二像素Px2可为红像素，并且第三像素Px3可为绿像素。
图11至13中所示的图像传感器IM10的像素阵列PA10的结构和滤色器元件CE10的性能仅为示例，但不限于此。不同的颜色分离性能可根据分色器元件CE10的设计而选择，并且像素阵列PA10的各种结构可根据滤色器元件CE10的色分离性能而选择。再者，微透镜ML10a和ML10b以及滤色器CF1、CF2和CF3中的某些或全部可根据设计而省略。
图14是示出在图像传感器IM10中根据分色器元件的位置第一元件部分E10a、E10b、E10c、E10d、E10e、E10f、E10g、E10h和E10i以及第二元件部分E20a、E20b、E20c、E20d、E20e、E20f、E20g、E20h和E20i的偏移形式的平面图。
参见图14，分色器元件的第一元件部分E10a和第二元件部分E20a设置为在图像传感器IM10的中心部分彼此重叠。因此，仅第二元件部分E20a可见，而由第二元件部分E20a覆盖的第一元件部分E10a不可见。同样，分色器元件的位于图像传感器IM10的周边部分的第一元件部分E10b、E10c、E10d、E10e、E10f、E10g、E10h和E10i以及第二元件部分E20b、E20c、E20d、E20e、E20f、E20g、E20h和E20i可在方向X和方向Y上彼此偏移。因为图14中的z轴与光轴OX(见图1)为相同的方向，所以第一元件部分E10b、E10c、E10d、E10e、E10f、E10g、E10h和E10i以及第二元件部分E20b、E20c、E20d、E20e、E20f、E20g、E20h和E20i可在垂直于光轴OX的方向上偏移。
例如，位于图像传感器IM10的上部中心区域中的第二元件部分E20b可在方向-Y上相对于第一元件部分E10b偏移，并且位于其下部中心区域中的第二元件部分E20c可在方向+Y上相对于第一元件部分E10c偏移。位于图像传感器IM10的左侧中心区域中的第二元件部分E20d可在方向+X上相对于第一元件部分E10d偏移，并且位于其右侧中心区域中的第二元件部分E20e可在方向-X上相对于第一元件部分E10e偏移。位于图像传感器IM10的左上区域中的第二元件部分E20f可在方向+X和方向-Y上相对于第一元件部分E10f偏移；位于其右上区域中的第二元件部分E20g可在方向-X和方向-Y上相对于第一元件部分E10g偏移；位于其左下区域中的第二元件部分E20h可在方向+X和方向+Y上相对于第一元件部分E10h偏移；并且位于其右下区域中的第二元件部分E20i可在方向-X和方向+Y上相对于第一元件部分E10i偏移。以此方式，分色器元件的设置在图像传感器IM10的周边部分中的第二元件部分E20b、E20c、E20d、E20e、E20f、E20g、E20h和E20i与对应于其的第一元件部分E10b、E10c、E10d、E10e、E10f、E10g、E10h和E10i相比可朝着图像传感器IM10的中心区域进一步偏移。此外，第一元件部分E10b、E10c、E10d、E10e、E10f、E10g、E10h和E10i以及第二元件部分E20b、E20c、E20d、E20e、E20f、E20g、E20h和E20i可相对于图像传感器IM10的中心区域对称地偏移。例如，分色器元件的第一元件部分E10b、E10c、E10d、E10e、E10f、E10g、E10h和E10i以及第二元件部分E20b、E20c、E20d、E20e、E20f、E20g、E20h和E20i可偏移以与通过透镜结构LS10(见图1)的主光线的传播方向对齐。
根据上面描述的各种示范性实施例的分色器结构可应用于例如图像传感器。图像传感器可为例如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。图像传感器可包括分色器结构和像素阵列，该像素阵列包括用于检测通过分色器结构的光的像素。根据示范性实施例的图像传感器可应用于诸如图像拾取设备的光学设备。根据各种示范性实施例的分色器结构可应用于除了图像传感器外的需要颜色分离功能的各种光学元件，并且可应用于除了图像拾取设备外的诸如显示设备的各种其它光学设备。
尽管上面已经描述了很多细节，但是它们不意味着限制本发明构思的范围，而是应解释为示范性实施例的示例。例如，本领域的普通技术人员应理解，参考图1至4和8至14描述的分色器元件、分色器结构、图像传感器和光学设备的构造可进行不同地修改。作为示例，包括在每个分色器元件中的元件部分可具有正方形或梯形的横截面形状或各种其它的横截面形状，并且其从上面看的形状也可进行各种修改。类似地，蚀刻停止层的形状也可被不同地修改。另外，参考图6A至6G和7A至7H描述的分色器结构制造方法以及采用分色器结构的图像传感器制造方法也可进行不同地修改。因此，本发明构思的范围不应由所描述的示范性实施例限定，而是由所附权利要求中描述的技术精神和范围来限定。
应理解，这里描述的示范性实施例应看作仅为说明的意思，而不是用于限制的目的。每个示范性实施例内的特征或方面的描述应典型地看作适合于其它示范性实施例中的其它类似的特征或方面。
尽管一个或多个示范性实施例已经参考附图进行了描述，但是本领域的普通技术人员应理解，在图脱离如所附权利要求限定的精神和范围的情况下，这里可进行形式和细节上的各种变化。
本申请要求于2015年9月30日提交韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2015-0138008的权益，其内容通过全文引用结合于此。

Claims (30)

1.一种分色器，包括：
多个分色器元件，配置为根据波长将入射光分成多个出射光，
其中该分色器元件的至少一个包括：
第一元件部分；
第二元件部分，设置为相对于该第一元件部分偏移以与该第一元件部分部分地重叠；以及
蚀刻停止层，提供在该第一元件部分和第二元件部分之间。
2.如权利要求1所述的分色器，其中
该第一元件部分具有面对该第二元件部分的第一表面，
该第二元件部分具有面对该第一元件部分的第二表面，并且
该蚀刻停止层提供为对应于该第一表面且覆盖该第二表面的一部分。
3.如权利要求1所述的分色器，其中
该第一元件部分具有面对该第二元件部分的第一表面，
该第二元件部分具有面对该第一元件部分的第二表面，并且
该蚀刻停止层提供为对应于该第二表面且覆盖该第一表面的一部分。
4.如权利要求1所述的分色器，其中该蚀刻停止层包括相对于该第一和第二元件部分的至少一个具有1.5或更大的蚀刻选择性的材料。
5.如权利要求1所述的分色器，其中
该第一和第二元件部分的至少一个包括氧化物材料，并且
该蚀刻停止层包括非氧化物材料。
6.如权利要求1所述的分色器，其中
该蚀刻停止层包括氮化物材料，并且
该第一和第二元件部分的至少一个包括非氮化物材料。
7.如权利要求1所述的分色器，其中
该第一和第二元件部分的至少一个包括钛(Ti)氧化物、铌(Nb)氧化物和钽(Ta)氧化物的至少一个，并且
该蚀刻停止层包括硅(Si)氮化物。
8.如权利要求1所述的分色器，其中
该第一和第二元件部分的至少一个包括Si氮化物，并且
该蚀刻停止层包括Si氧化物。
9.如权利要求1所述的分色器，还包括介电层，
其中该分色器元件埋设在该介电层中。
10.如权利要求1所述的分色器，其中
设置在该多个分色器元件的中心部分的分色器元件包括排列在光轴上而不彼此偏移的第一和第二元件部分，并且
设置在该多个分色器元件的该中心部分之外的区域中的该分色器元件的每一个包括彼此偏移的第一元件部分和第二元件部分。
11.如权利要求10所述的分色器，其中该第一元件部分和该对应的第二元件部分之间的偏移距离随着远离该中心部分而增加。
12.如权利要求10所述的分色器，其中设置在该中心部分之外的区域中的该第一元件部分和该对应的第二元件部分与倾斜入射在其上的入射光的传播方向对齐。
13.如权利要求1所述的分色器，其中该分色器元件的至少一个还包括：
第三元件部分，与该第二元件部分部分地重叠；以及
第二蚀刻停止层，提供在该第二元件部分和该第三元件部分之间。
14.一种图像传感器，包括：
如权利要求1所述的分色器；以及
像素阵列，包括多个像素，该多个像素配置为检测穿过该分色器出来的光。
15.一种光学设备，包括：
至少一个透镜；以及
权利要求14所述的图像传感器，该图像传感器配置为将通过该至少一个透镜的光转换成电图像信号。
16.一种制造分色器的方法，该分色器包括根据波长将入射光分成多个出射光的多个分色器元件，该方法包括：
在下层结构上形成堆叠结构，该堆叠结构具有第一元件部分和堆叠在该第一元件部分上的蚀刻停止层；
在该下层结构上该堆叠结构周围形成介电层；
在该堆叠结构和该介电层上形成分色器材料层；以及
通过图案化该分色器材料层以暴露该蚀刻停止层的一部分而形成第二元件部分，其中该第二元件部分形成为与该第一元件部分部分地重叠。
17.如权利要求16所述的方法，其中
该分色器材料层是第二材料层，并且
形成该堆叠结构包括：
在该下层结构上形成用于该分色器的第一材料层；
在该第一材料层上形成蚀刻停止材料层；以及
顺序图案化该蚀刻停止材料层和该第一材料层。
18.如权利要求16所述的方法，其中
该第一和第二元件部分的至少一个包括氧化物材料，并且
该蚀刻停止层包括氮化物材料。
19.如权利要求18所述的方法，其中
该第一和第二元件部分的至少一个包括钛(Ti)氧化物、铌(Nb)氧化物、和钽(Ta)氧化物的至少一个，并且
该蚀刻停止层包括硅(Si)氮化物。
20.如权利要求19所述的方法，其中
在该第一和第二元件部分的至少一个包括Ti氧化物时，含氯(Cl)气体用作用于Ti氧化物的蚀刻气体，并且
在该蚀刻停止层包括Si氮化物时，含氟(F)气体用作用于Si氮化物的蚀刻气体。
21.如权利要求16所述的方法，其中
该第一和第二元件部分的至少一个包括氮化物材料，并且
该蚀刻停止层包括氧化物材料。
22.如权利要求21所述的方法，其中
该第一和第二元件部分的至少一个包括Si氮化物，并且
该蚀刻停止层包括Si氧化物。
23.一种制造图像传感器的方法，该方法包括：
制备包括像素阵列的基板结构；以及
通过采用权利要求16所述的方法在该基板结构上形成分色器。
24.一种制造分色器的方法，该分色器包括根据波长将入射光分成多个出射光的多个分色器元件，该方法包括：
在下层结构上形成第一元件部分；
在该下层结构上该第一元件部分周围形成介电层；
在该第一元件部分和该介电层上形成蚀刻停止材料层；
在该蚀刻停止材料层上形成分色器材料层；
通过图案化该分色器材料层以暴露该蚀刻停止材料层而形成第二元件部分，其中该第二元件部分形成为与该第一元件部分部分地重叠；以及
通过采用该第二元件部分作为蚀刻掩模而图案化该蚀刻停止材料层。
25.如权利要求24所述的方法，其中
该第一和第二元件部分的至少一个包括氧化物材料，并且
该蚀刻停止材料层包括氮化物材料。
26.如权利要求25所述的方法，其中
该第一和第二元件部分的至少一个包括钛(Ti)氧化物、铌(Nb)氧化物和钽(Ta)氧化物的至少一个，并且
该蚀刻停止层包括硅(Si)氮化物。
27.如权利要求26所述的方法，其中
在该第一和第二元件部分的至少一个包括Ti氧化物时，含氯(Cl)气体用作Ti氧化物的蚀刻气体，并且
在该蚀刻停止层包括Si氮化物时，含氟(F)气体用作用于Si氮化物的蚀刻气体。
28.如权利要求24所述的方法，其中
该第一和第二元件部分的至少一个包括氮化物材料，并且
该蚀刻停止层包括氧化物材料。
29.如权利要求28所述的方法，其中
该第一和第二元件部分的至少一个包括Si氮化物，并且
该蚀刻停止层包括Si氧化物。
30.一种制造图像传感器的方法，该方法包括：
制备包括像素阵列的基板结构；以及
通过利用权利要求24所述的方法在该基板结构上形成分色器。
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