CN109801933A - 包括分束器的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器包括布置在半导体衬底处的多个光电二极管和布置在光电二极管上的分束器。分束器根据波长将入射光分割，使得不同颜色的分割光分别进入不同的光电二极管。分束器包括第一图案结构，第一图案结构具有多个折射层图案在横向上布置的剖面结构。

Description

包括分束器的图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月17日在韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请No.10-2017-0154312的优先权，该申请的内容以引用方式全文并入本文中。
技术领域
示例实施例涉及图像传感器。更具体地说，示例实施例涉及包括分束器的图像传感器。
背景技术
近来，已经开发了具有小像素尺寸和优良特性的图像传感器。
希望这些图像传感器通过减少未到达光电二极管的吸收光量而具有高灵敏度。
发明内容
示例实施例提供了一种具有高灵敏度的图像传感器。
根据示例实施例，提供了一种图像传感器。所述图像传感器包括布置在半导体衬底上的多个光电二极管和布置在光电二极管上的分束器。分束器根据波长分割入射光，使得不同颜色的分割光分别进入不同的光电二极管。分束器包括第一图案结构，第一图案结构具有多个折射层图案在横向上彼此邻近地布置的剖面结构。
根据示例实施例，提供了一种图像传感器。所述图像传感器包括：多个光电二极管，其分别布置在半导体衬底的单元像素区中；以及分束器，其布置在半导体衬底的第一表面上，并且与光电二极管间隔开。分束器根据波长将入射光分割，使得不同颜色的分割光分别进入不同的光电二极管。分束器包括在多个折射层图案中的两个之间形成在竖直方向上延伸的边界的第一图案结构。
根据示例实施例，提供了一种图像传感器。所述图像传感器包括：多个光电二极管，它们分别布置在半导体衬底的单元像素区中；以及分束器，其布置在半导体衬底的第一表面上，并且与光电二极管间隔开。分束器根据波长将入射光分割，使得不同颜色的分割光分别进入不同的光电二极管。分束器包括第一折射图案结构，第一折射图案结构具有多个折射层图案相对于彼此在横向上堆叠的剖面结构。
根据示例实施例，图像传感器包括分束器。因此，进入光电二极管的光的量可增加，使得图像传感器可具有高灵敏度。
附图说明
图1是示出根据示例实施例的图像传感器的示意性剖视图；
图2是示出根据示例实施例的分束器的布置的平面图；
图3是示出根据示例实施例的图像传感器的示意性剖视图；
图4至图15是用于解释形成根据示例实施例的图像传感器中包括的分束器的方法的剖视图和平面图；
图16是示出在根据示例实施例的图像传感器中包括的分束器的剖视图；
图17是示出在根据示例实施例的图像传感器中包括的分束器的剖视图；
图18和图19是示出用于形成根据示例实施例的图像传感器中包括的分束器的方法的剖视图；
图20是示出在根据示例实施例的图像传感器中包括的分束器的剖视图；
图21是示出根据示例实施例的图像传感器的剖视图；
图22是示出根据示例实施例的图像传感器的剖视图；
图23是示出根据示例实施例的图像传感器的剖视图；
图24是示出根据示例实施例的图像传感器的剖视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图更完全地描述示例实施例。
图1是示出根据示例实施例的图像传感器的示意性剖视图。图2是示出根据示例实施例的分束器的布置的平面图。
参照图1，图像传感器可包括按照矩阵构造排列的多个单元像素。单元像素中的每一个可包括光电二极管10a、10b和10c以及彩色滤光片14a、14b和14c。可将分束器18布置在彩色滤光片14a、14b和14c上。
光电二极管10a、10b和10c可布置在半导体衬底中。半导体衬底可选自块状衬底、外延衬底或SOI(绝缘体上硅)衬底之一。例如，半导体衬底可包括硅(Si)。此外，半导体衬底可包括诸如锗(Ge)的半导体元素或者诸如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、砷化铟(InAs)或磷化铟(InP)的化合物半导体。光电二极管10a、10b和10c可包括掺有杂质的杂质区。
第一层间绝缘层12可布置为覆盖半导体衬底上的光电二极管10a、10b和10c。例如，第一层间绝缘层12可包括诸如氧化硅的电绝缘材料。
彩色滤光片14a、14b和14c可布置在第一层间绝缘层12上。彩色滤光片14a、14b和14c可选择性地透射具有特定波长的有色光。
彩色滤光片可包括红色滤光片14a、绿色滤光片14b和蓝色滤光片14c。可使用其它彩色滤光片，并且一般可将彩色滤光片称作第一彩色滤光片、第二彩色滤光片和第三彩色滤光片等，其中各个彩色滤光片过滤不同颜色。彩色滤光片14a、14b和14c可布置为分别面对光电二极管10a、10b和10c和分别与光电二极管10a、10b和10c间隔开。例如，红色滤光片14a可与第一光电二极管10a竖直对齐并面对，绿色滤光片14b可与第二光电二极管10b竖直对齐并面对，并且蓝色滤光片14c可与第三光电二极管10c竖直对齐并面对。
平坦化层16可布置在彩色滤光片14a、14b和14c上。例如，平坦化层16可包括氧化硅。例如，平坦化层16可包括SOG(玻璃上硅)层。
分束器在来自外部的入射光到达彩色滤光片14a、14b和14c之前根据光的波长将光分割，从而不同颜色的分割光可进入不同彩色滤光片14a、14b和14c。因此，分束器18可布置在彩色滤光片14a、14b和14c上，并且可与彩色滤光片14a、14b和14c间隔开。通过分束器18，红光可进入红色滤光片14a，绿光可进入绿色滤光片14b，并且蓝光可进入蓝色滤光片14c。一般可将具有不同颜色的分割光称作在被分割之后从分束器18出射的第一有色光、第二有色光和第三有色光。如图1的示例中可看出，分束器包括第一折射图案结构(例如，18)，其具有多个折射层图案(例如，18b、18a、18b、18a和18b)相对于彼此在横向上堆叠的截面结构。
可将填充层图案20布置在分束器18的两侧。例如，填充层图案20可包括氧化硅。分束器18的上表面和填充层图案20的上表面可布置在同一平面上，以连续地彼此连接。应该注意，本文当参照取向、布局、位置、形状、大小、量或其它量度时所用的诸如“相同”、“相等”、“平面”或“共面”的术语不一定意指完全相同的取向、布局、位置、形状、大小、量或其它量度，而是旨在涵盖可例如由于制造工艺导致的在容许变化范围内的几乎相同的取向、布局、位置、形状、大小、量或其它量度。除非上下文或其它表述清楚地另有说明，否则术语“基本上”或“实质上”在本文中可用于强调这种含义。例如，描述为“基本上相同”、“基本上相等”或“基本上平面”的项可完全相同、相等或平面，或者可在可例如由于制造工艺导致的在容许变化范围内相同、相等或平面。
设为分束器18的图案结构的剖面可具有多个折射层图案18a和18b在横向上重复布置(例如，堆叠)的形状。例如，这些图案18a和18b中的一些或全部(例如，相对于衬底的表面竖直)的竖直高度可大于(例如，相对于衬底的表面水平)的水平宽度。因此，折射层图案18a和18b可由在竖直方向上延伸的边界划分。在示例实施例中，图案结构18可在相对于衬底的表面的竖直方向上具有至 的高度。在示例实施例中，图案结构18可在相对于衬底的表面水平的方向上具有至的宽度。因此，在一些实施例中，图案结构18的高度可约与图案结构18的宽度相同。在其它实施例中，图案结构18的高度可在图案结构18的宽度的约1倍至约4倍之间。在更多特定示例中，的图案结构18高度可在图案结构18的宽度的约2倍至约3倍之间。因此，在这些不同的示例中，形成图案结构18的组合的多个折射层图案在水平方向上的宽度小于组合的多个折射层图案在竖直方向上的高度。如下所述，各个图中的图案结构18的特征不一定按比例绘制。折射层图案18a和18b的宽度和数量可调整为使得图案结构18可具有预定宽度。在图案结构18中，折射层图案可相对于居中布置的折射层图案18b对称地布置。诸如“约”或“大约”的术语可反映仅以小的相对方式和/或以不明显改变特定元件的操作、功能或结构的方式改变的量、大小、取向或布局。例如，“约0.1至约1”的范围可包含在0.1左右的诸如0％-5％的偏差以及在1左右的诸如0％-5％的偏差的范围，尤其是在这种偏差与所列范围保持相同效果的情况下是这样的。
如图所示，在一些实施例中，居中布置的第一折射层图案18b可比横向相对布置的第二折射层图案18a中的每一个具有更大的宽度，并且可比在外侧横向相对布置的第三折射层图案18b中的每一个具有更大的宽度。在一些实施例中，各个在外侧横向布置的第三折射层图案18b比各个横向布置的第二折射层图案18a具有更大宽度，但是在其它实施例中，这些宽度可相同。应该理解，虽然本文中可使用术语第一、第二、第三等来描述各个元件、组件、区、层和/或部分，但是这些元件、组件、区、层和/或部分不应该被这些术语限制。除非上下文另有指示，否则例如作为命名约定，这些术语仅用于将一个元件、组件、区、层或部分与另一元件、组件、区、层或部分进行区分。因此，下面在说明书的一部分中讨论的第一元件、组件、区、层或部分可在说明书的另一部分或在权利要求中被称作第二元件、组件、区、层或部分，而不脱离本发明的教导。另外，在特定情况下，即使在说明书中未使用“第一”、“第二”等来描述某一术语，其也可在权利要求中被称作“第一……”或“第二……”，以将不同的要求保护的元件彼此区分。
折射层图案18a和18b可包括折射率在例如2.0至3.0的范围内的透明材料。透明材料的示例可包括诸如氧化钛、氧化铌等的金属氧化物。
由于折射层图案18a和18b在横向上布置，因此在竖直方向上延伸的晶界可形成在折射层图案18a与18b之间的界面处。
在示例实施例中，彼此邻近的折射层图案18a和18b可包括相同的透明材料。在一些实施例中，彼此邻近的折射层图案18a和18b可包括不同的透明材料。例如，彼此不同(并且由相同或不同材料形成)的两个折射层图案18a和18b可在横向上交替布置。因此，折射层图案18a和18b可由在竖直方向上延伸的边界划分。边界可包括在竖直方向上延伸的晶界。
在示例实施例中，彼此邻近的折射层图案18a和18b可具有不同宽度。例如，折射层图案18a和18b中的一些可具有相同宽度(例如，各个在外侧横向布置的第三折射层图案18b可具有相同宽度，并且各个横向布置的第二折射层图案18a可具有相同宽度，并且在一些情况下，所有横向布置的折射层图案具有彼此相同的宽度)并且折射层图案18a和18b中的一些可具有彼此不同的宽度(例如，中间的折射层图案18b可比任何其它折射层图案更宽)。在其它实施例中，彼此邻近的各个折射层图案18a和18b可具有相同宽度。
如图2所示，分束器18可沿着竖直方向面对各个彩色滤光片14a、14b和14c的至少一部分。在平面图中，分束器18可具有网格形状。在示例实施例中，分束器18可具有延伸以与绿色滤光片14b交叉的形状。
可在分束器18和填充层图案20上布置封盖层22。例如，封盖层22可包括氧化硅。
可在封盖层22上布置微透镜24。微透镜24可具有弯曲上表面。在示例实施例中，可省略微透镜24。
如上面的解释，分束器18根据来自外部的入射光的波长将光分割，以让不同颜色的分割光进入不同的彩色滤光片14a、14b和14c。因此，波长能够通过彩色滤光片14a、14b和14c的光可入射于对应的彩色滤光片14a、14b和14c上。因此，通过彩色滤光片14a、14b和14c吸收的光的量可减少，从而入射于光电二极管10a、10b和10c上的光的量增大。此外，可根据用于分割光的已知规则调整或组合在横向上布置的各个折射层图案18a和18b的材料或宽度，从而分束器18可具有期望的分割特征。
图3是示出根据示例实施例的图像传感器的示意性剖视图。
图3所示的图像传感器与图1所示的图像传感器基本上相同，不同的是在单元像素中不包括彩色滤光片和平坦化层。
参照图3，光电二极管10a、10b和10c可布置在半导体衬底中。第一层间绝缘层12可布置为覆盖半导体衬底上的光电二极管10a、10b和10c。
可在第一层间绝缘层12上布置分束器18。
分束器18根据来自外部的入射光的波长分割光，以让不同颜色的分割光分别进入不同的光电二极管10a、10b和10c。在示例实施例中，分束器18可用作彩色滤光片。例如，通过分束器18，红光可进入第一光电二极管10a，绿光可进入第二光电二极管10b，并且蓝光可进入第三光电二极管10c。
分束器18可具有与参照图1解释的构造基本相同的构造。
可在分束器18的两侧上布置填充层图案20。可在分束器18和填充层图案20上布置封盖层22。可在封盖层22上布置微透镜24。在一些实施例中，可省略微透镜24。
如上所述，分束器18根据来自外部的入射光的波长分割光，以让不同颜色的分割光可进入不同的光电二极管10a、10b和10c，而不用分别经过单独的彩色滤光片。因此，可简化图像传感器的布置结构。
下文中，将描述形成包括在图像传感器中的分束器的示例方法。
图4至图15是用于解释形成在根据示例实施例的图像传感器中包括的分束器的方法的剖视图和平面图。
即使未示出，也可在半导体衬底中形成光电二极管。可在光电二极管上形成彩色滤光片。可形成下层15以覆盖彩色滤光片。在一些实施例中，可省略彩色滤光片。
参照图4和图5，在下层15上形成掩模图案30。下层15可为平坦化层或层间绝缘层。掩模图案30可包括通过光刻工艺形成的光致抗蚀剂图案。
掩模图案30可形成在将在其中形成分束器的区上。在示例实施例中，掩模图案30可在平面图中具有网格形状。例如，掩模图案30可具有延伸以在对角线方向上与布置在掩模图案30下方的第一彩色滤光片(诸如绿色滤光片)交叉的形状。
掩模图案30可具有小于将被形成的分束器的目标线宽度的第一线宽度d1。在示例实施例中，第一线宽度d1可等于或小于分束器的目标线宽度的一半。例如，第一线宽度d1可为分束器的目标线宽度的约1/3。掩模图案30可形成为具有大于将被形成的分束器的目标高度的高度。
参照图6，在掩模图案30的表面和下层15的表面上共形地形成第一折射层32。例如，可通过原子层沉积(ALD)形成第一折射层32。第一折射层32可形成为具有第一厚度d2。
第一折射层32可包括折射率在例如2.0至3.0的范围内的透明材料。透明材料的示例可包括诸如氧化钛、氧化铌等的金属氧化物。
参照图7和图8，第一折射层32被各向异性地蚀刻，以在掩模图案30的侧壁上形成第一折射层图案18a。第一折射层图案18a可具有与第一厚度基本相同的第二线宽度d2。
在平面图中，第一折射层图案18a和掩模图案30可具有网格形状。
参照图9和图10，去除掩模图案30以形成沟槽34。沟槽34可具有网格形状。用于去除掩模图案30的处理可包括灰化剥离工艺。此外，第一折射层图案18a可布置在沟槽34的两侧。
参照图11，形成第二折射层36以填充第一折射层图案18a之间的沟槽34，并且在第一折射层图案18a的侧壁和下层15的表面上共形。例如，可通过原子层沉积(ALD)形成第二折射层36。例如，第二折射层36可在水平方向上在各个第一折射层的外侧壁上形成为具有第二厚度d3。
第二折射层36可包括折射率在例如2.0至3.0的范围内的透明材料。透明材料的示例可包括诸如氧化钛、氧化铌等的金属氧化物。第二折射层36可包括与第一折射层图案18a的材料相同或不同的材料。在特定实施例中，第二厚度d3可与第一厚度d2相同或比第一厚度d2更大。
参照图12，第二折射层36被各向异性地蚀刻，以在沟槽34中和在第一折射层图案18a的侧壁上形成第二折射层图案18b。结果，可形成第二折射层图案18b和第一折射层图案18a在横向上交替地布置的初始图案结构38。第二折射层图案18b与第一折射层图案18a之间的边界可在竖直方向上延伸。
沟槽34中的第二折射层图案18b可具有第一线宽度d1。在初始图案结构38中布置在最外侧的第二折射层图案18b可具有基本与第二厚度相同的第三线宽度d3。
初始图案结构38可设为初始分束器。可通过先前形成的掩模图案30的高度确定初始图案结构38的高度。初始图案结构38的高度可与掩模图案30的高度基本相同或更小。在示例实施例中，初始图案结构38的线宽度是第一线宽度d1、两倍的第二线宽度d2和两倍的第三线宽度d3之和。初始图案结构38的线宽度可与分束器的目标线宽度基本相同。可根据分束器的目标线宽度调整第一线宽度至第三线宽度d1、d2和d3。
在特定实施例中，第一线宽度d1大于第二线宽度d2和第三线宽度d3中的每一个，并且可为初始图案结构的线宽度的约1/3。在一个实施例中，第二线宽度d2和第三线宽度d3中的每一个可为初始图案结构的线宽度的约1/6。
在一些实施例中，可在初始图案结构38上进一步执行额外折射层的布置和各向异性蚀刻工艺，以在初始图案结构38的侧壁上进一步形成折射层图案。
在示例实施例中，初始图案结构38的高度可在与之间。在示例实施例中，初始图案结构38的宽度可在与 之间。
当通过以上处理形成初始图案结构38时，各折射层的(水平方向上的)布置厚度可小于至并且可小于初始图案结构38的目标高度(目标高度是初始图案结构38在平坦化之后的最终高度，如参照图14所述)。例如，为了形成初始图案结构38，组合的第一折射层32和第二折射层36(例如，在水平方向上的)布置厚度之和可为初始图案结构38的目标高度的约1/2至约1/3。例如，在初始图案结构38的中间高度位置的各个折射图案18b或18a可具有小于初始图案结构38的目标高度的1/6的厚度。在一些实施例中，共形地形成的折射层32和36中的每一个相对于其上形成它们的表面垂直测量的厚度在初始图案结构38的目标高度的约1/12至约1/18之间。因此，由于用于形成初始图案结构38的第一折射层32和第二折射层36的厚度减小了，因此用于形成初始图案结构38的时间可减少。此外，可减少在长时间形成初始图案结构38的处理中可产生的缺陷。
参照图13，可形成填充层40以覆盖初始图案结构38。例如，填充层40可包括氧化硅。例如，填充层40可包括SOG层。
参照图14和图15，将初始图案结构38和填充层40的上表面平坦化，从而可使得初始图案结构38的上表面平坦。因此，形成图案结构18和填充层图案40a。图案结构18可设为分束器。例如，平坦化工艺可包括化学机械抛光工艺或回蚀工艺。当执行平坦化工艺时，可将初始图案结构38的上部部分地去除。因此，图案结构18的高度可相比于初始图案结构38的高度有所降低，导致图案结构18(还称作折射图案结构)的水平宽度在图案结构18的高度的约1/2与约1/3之间。图案结构18可设为被包括在图像传感器的像素中的分束器。
图案结构18可包括在横向上布置的多个折射层图案，它们对称地布置在居中布置的折射层图案18b的两侧。布置在居中布置的折射层图案18b的一侧上的各个独立的折射层图案可具有例如在18:1与12:1之间的高宽比。应该注意，图1至图15相对于图案结构18以及折射图案18a和18b的宽高比未按比例绘制，而是为了清楚起见，夸大了特征的某些尺寸。
通过以上处理形成的分束器18可通过调整在横向上布置的折射层图案的材料或宽度而具有期望的分割特征。
下文中，将描述具有与先前解释的图案结构不同结构的分束器和形成分束器的方法的示例实施例。
图16是示出在根据示例实施例的图像传感器中包括的分束器的剖视图。
参照图16，分束器58可具有布置了第一图案结构50和第二图案结构54的结构。
在示例实施例中，可布置分别具有至的高度的图案结构50和54，以形成高度为至的分束器58。
第一图案结构50可具有多个折射层图案50a和50b在横向上布置的形状。因此，折射层图案50a和50b可形成在竖直方向上延伸的边界。
例如，第一图案结构50可具有第一折射层图案50a和第二折射层图案50b在横向上交替地布置的结构。第一图案结构50可具有与先前参照图1解释的图案结构基本相同的结构。
可在第一图案结构50的两侧布置第一填充层图案52。例如，第一填充层图案52可包括氧化硅。第一图案结构50的上表面和第一填充层图案52的上表面可布置在同一平面上以彼此连续地连接。
第二图案结构54可布置在第一图案结构50上。在示例实施例中，第二图案结构54可具有与第一图案结构50基本相同的结构。例如，被包括在第二图案结构54中的各个折射层图案54a和54b的宽度和材料可与被包括在第一图案结构50中的各个折射层图案50a和50b的宽度和材料基本相同。
在一些实施例中，被包括在第二图案结构54中的各个折射层图案54a和54b的宽度和/或材料可与被包括在第一图案结构50中的各个折射层图案50a和50b的宽度和/或材料不同。
在示例实施例中，第二图案结构54的高度可与第一图案结构50的高度基本相同或不同。
进入各个像素的光的入射角和量可根据安装在芯片上的图像传感器中的像素的位置而不同。因此，可根据像素的位置调整布置在第一图案结构50上的第二图案结构54的位置，使得进入像素的光可被分割，以到达正确位置。因此，根据像素的位置，第二图案结构54可与第一图案结构50的上表面正确地对齐，使得第二图案结构54的侧边界可与第一图案结构50的侧边界一致，或者可相对于第一图案结构50的上表面移位。
在示例实施例中，第一图案结构50和第二图案结构54可在布置在图像传感器的中间部分中的像素上正确地彼此对齐，从而第二图案结构54的下表面可与第一图案结构50的上表面重合。此外，第一图案结构50和第二图案结构54可布置以相对于彼此移位，从而第二图案结构54的下表面的一部分可与第一图案结构50的上表面重叠，并且第二图案结构54的下表面的一部分可在第一图案结构50的上表面上悬置。
可在第二图案结构54的两侧布置第二填充层图案56。第二填充层图案56可包括氧化硅。第二图案结构54的上表面和第二填充层图案56的上表面可布置在同一平面上以彼此连续地连接。
为了形成分束器58，可通过执行与先前参照图4至图15解释的那些处理基本相同的处理来形成第一图案结构50和第一填充层图案52。然后，通过进一步执行与先前参照图4至图15解释的那些处理基本相同的处理，可在第一图案结构50和第一填充层图案52上形成第二图案结构54和第二填充层图案56。可调整第一图案结构50的厚度和第二图案结构54的厚度，使得第一图案结构50的厚度和第二图案结构54的厚度之和可与分束器58的期望厚度基本相同。
图17是示出在根据示例实施例的图像传感器中包括的分束器的剖视图。
参照图17，分束器62可具有布置了第一图案结构50和第二图案结构60a的结构。
可在第一图案结构50的两侧布置第一填充层图案52。第一图案结构50和第一填充层图案52可与先前参照图16解释的第一图案结构50和第一填充层图案52具有基本相同的结构。
第二图案结构60a可布置在第一图案结构50上。在示例实施例中，第二图案结构60a可包括单折射层图案。因此，折射层图案可不具有在竖直方向上延伸的晶界。
折射层图案可包括折射率在2.0至3.0的范围内的透明材料。透明材料的示例可包括诸如氧化钛、氧化铌等的金属氧化物。折射层图案可包括与被包括在第一图案结构50中的材料的至少一部分相同或不同的材料。
在示例实施例中，第二图案结构60a的高度可与第一图案结构50的高度相同或不同。
可在第二图案结构60a的两侧布置第二填充层图案56。例如，第二填充层图案56可包括氧化硅。第二图案结构60a的上表面和第二填充层图案56的上表面可布置在同一平面上以彼此连续地连接。
根据图像传感器中的像素的位置，第二图案结构60a可与第一图案结构50的上表面正确地对齐，或者可相对于第一图案结构50的上表面移位。
图18和图19是示出用于形成在根据示例实施例的图像传感器中包括的分束器的方法的剖视图。
在下层15上形成第一图案结构50和第一填充层图案52。可通过与先前参照图4至图15解释的那些处理基本相同的处理形成第一图案结构50和第一填充层图案52。第一图案结构50可具有小于分束器的目标厚度的预定厚度。
参照图18，在第一图案结构50和第一填充层图案52上形成折射层60。例如，可通过原子层沉积(ALD)形成折射层60。
参照图19，在折射层60上形成掩模图案(未示出)。掩模图案可包括通过光刻工艺形成的光致抗蚀剂图案。可利用掩模图案作为蚀刻掩模蚀刻折射层60，以形成第二图案结构60a。
参照图17，可形成第二填充层以覆盖第二图案结构60a。例如，第二填充层可包括氧化硅。例如，第二填充层可包括SOG层。
将第二图案结构60a的上表面和第二填充层的上表面平坦化，使得第二图案结构60a的上表面可为平坦的。因此，第二填充层图案56可形成在第二图案结构60a的两侧。平坦化工艺可包括化学机械抛光工艺或回蚀工艺。当执行平坦化工艺时，可部分地去除第二图案结构60a的上部。因此，第二图案结构60a的高度可减小。
图20是示出在根据示例实施例的图像传感器中包括的分束器的剖视图。
参照图20，分束器72可具有布置了第一图案结构70a和第二图案结构54的结构。可将第一填充层图案52布置在第一图案结构70a的两侧，并且可将第二填充层图案56布置在第二图案结构54的两侧。
第一图案结构70a和第一填充层图案52可与先前参照图17解释的第二图案结构60a和第二填充层图案56具有基本相同的结构。因此，第一图案结构70a可由单个折射层图案形成。因此，折射层图案可不具有在竖直方向上延伸的晶界。
第二图案结构54可布置在第一图案结构70a上。第二图案结构54和第二填充层图案56可与先前参照图17解释的第一图案结构50和第一填充层图案52具有基本相同的结构。因此，第二图案结构54可具有多个折射层图案54a和54b在横向上布置的形状。因此，折射层图案54a和54b可形成在竖直方向上延伸的边界。因此，在折射层图案54a与54b之间的界面处可形成在竖直方向上延伸的晶界。
根据图像传感器中的像素的位置，第二图案结构54的下表面可与第一图案结构70a的上表面重合，或者可相对于第一图案结构70a的上表面移位。
为了形成分束器72，可通过执行与先前参照图18和图19解释的那些基本相同的处理来形成第一图案结构70a和第一填充层图案52。然后，通过进一步执行与先前参照图4至图15解释的那些处理基本相同的处理，可在第一图案结构70a和第一填充层图案52上形成第二图案结构54和第二填充层图案56。
可将上面解释的根据示例实施例的分束器布置在具有各种结构的图像传感器中。因此，不特别限制图像传感器的结构。下文中，将描述根据示例实施例的包括分束器的图像传感器的一些实施例。
图21是示出根据示例实施例的图像传感器的剖视图。
图21所示的图像传感器可为背照式CMOS图像传感器。
参照图21，图像传感器可包括按照矩阵构造排列的多个单元像素。各个单元像素可包括布置在半导体衬底100中的光电二极管104、半导体衬底100的第一表面1上的彩色滤光片116和布置在彩色滤光片116上的分束器120。可在半导体衬底100的第二表面2上布置晶体管(未示出)和布线结构108。
可将深沟槽隔离图案102布置在半导体衬底100中，以分离各个单元像素区。深沟槽隔离图案102可布置在从第二表面2至第一表面1穿过半导体衬底100的第一沟槽中。在示例实施例中，深沟槽隔离图案102可包括绝缘间隔件(未示出)和导电图案，例如，包括布置在绝缘间隔件上以填充第一沟槽的多晶硅。深沟槽隔离图案102可具有这样的形状，其内部宽度从半导体衬底100中的第二表面2朝着第一表面1减小。
光电二极管104可布置在各个单元像素区中。光电二极管104可包括杂质区。可在邻近于半导体衬底100中的第二表面2的一部分中布置浮动扩散区106。例如，浮动扩散区106可掺有n型杂质。
即使未示出，也可在半导体衬底100的第二表面2上布置传输晶体管、复位晶体管、选择晶体管等。
可在半导体衬底100的第二表面2上布置第一层间绝缘层110，以覆盖晶体管。布线结构108可布置在第一层间绝缘层110上和中。布线结构108可电连接至晶体管和浮动扩散区106。
可在半导体衬底100的第一表面1上布置第二层间绝缘层112。可在第二层间绝缘层112上布置彩色滤光片116以面对光电二极管104。例如，彩色滤光片116可包括红色滤光片R、蓝色滤光片B和绿色滤光片G。彩色滤光片可按照矩阵构造排列。
红色滤光片R、绿色滤光片G和蓝色滤光片B可分别布置在通过绝缘栅栏114形成的孔中。例如，网格形状的绝缘栅栏114可布置在红色滤光片R、绿色滤光片G和蓝色滤光片B之间。例如，绝缘栅栏114可包括氧化硅。由于绝缘栅栏114的设置，因此可减小和/或防止串扰缺陷。
可在彩色滤光片116和绝缘栅栏114上布置平坦化层118。
可在平坦化层118上布置分束器120。分束器120可分割入射光，使得红光可进入红色滤光片R，蓝光可进入蓝色滤光片B，绿光可进入绿色滤光片G。
在示例实施例中，分束器120可形成在彩色滤光片116上，其位置与先前参照图2解释的位置相同。
在示例实施例中，分束器120可具有与先前参照图1、图16和图17解释的那些之一相同的布置结构。可将填充层图案122布置在分束器120的两侧。
可在分束器120和填充层图案122上布置封盖层124。封盖层124可包括氧化硅。
可在封盖层124上布置微透镜126。在一些实施例中，可省略微透镜126。
图22是示出根据示例实施例的图像传感器的剖视图。
图22所示的图像传感器可具有与图21所示的图像传感器基本相同的构造，不同的是其不包括彩色滤光片。
参照图22，可在形成在半导体衬底100的第一表面上的第二层间绝缘层112上布置分束器120。
分束器120可将入射光分割，使得红光、蓝光和绿光可分别进入不同的光电二极管。例如，分束器120可将入射光分割，使得红光可进入第一光电二极管104a，绿光可进入第二光电二极管104b，蓝光可进入第三光电二极管104c。
在示例实施例中，分束器120可具有与先前参照图1、图16和图17解释的那些之一的相同的布置结构。可在分束器120的两侧布置填充层图案122。
图23是示出根据示例实施例的图像传感器的剖视图。
图23所示的图像传感器可包括有机光电二极管。
参照图23，图像传感器可包括按照矩阵构造排列的多个单元像素。单元像素可包括有机光电二极管232、彩色滤光片216、分束器220和下光电二极管204。可在半导体衬底200的第二表面2上布置晶体管和布线结构208。
可在半导体衬底200中布置深沟槽隔离图案202，以分离各个单元像素区。深沟槽隔离图案202可布置在从第二表面2至第一表面1穿过半导体衬底200的第一沟槽中。
下光电二极管204可布置在各个单元像素区中。下光电二极管204可布置在半导体衬底200中。下光电二极管204可包括杂质区。可在邻近于半导体衬底200中的第二表面2的一部分中布置浮动扩散区206。例如，浮动扩散区206可掺有n型杂质。
可在半导体衬底200的第二表面2上布置传输晶体管、复位晶体管、选择晶体管等。
可在半导体衬底200的第二表面2上布置第一层间绝缘层210，以覆盖晶体管。布线结构208可布置在第一层间绝缘层210上和中。布线结构208可电连接至晶体管和浮动扩散区206。
可在半导体衬底200的第一表面1上布置第二层间绝缘层212。彩色滤光片216可布置在第二层间绝缘层212上。例如，彩色滤光片216可包括红色滤光片R和蓝色滤光片B。彩色滤光片216可按照矩阵构造排列。可分别在通过绝缘栅栏214形成的孔中布置红色滤光片R和蓝色滤光片B。
平坦化层218可布置为覆盖彩色滤光片216。分束器220可布置在平坦化层218上。分束器220可将入射光分割，使得红光可进入红色滤光片R，蓝光可进入蓝色滤光片B。
在示例实施例中，分束器220可具有与先前参照图1、图16、图17和图20解释的那些之一相同的布置结构。可在分束器220的两侧布置填充层图案222。
可在分束器220和填充层图案222上布置第三层间绝缘层224。例如，第三层间绝缘层224可包括氧化硅。
有机光电二极管232可布置在第三层间绝缘层224上。
有机光电二极管232可具有包括下透明电极226、有机层228和上透明电极层230的结构。下透明电极226可布置为与对应的彩色滤光片216间隔开和面对对应的彩色滤光片216。在示例实施例中，可在每个单元像素区中将一个彩色滤光片216和一个下透明电极226布置为彼此面对。
有机光电二极管232可通过下透明电极226彼此间隔开。虽然未示出，但是下透明电极226可通过硅通孔接触件和多个通孔接触件电连接至半导体衬底200的第二表面。因此，下透明电极226可电连接至布线结构208。
下透明电极226可布置在形成在第三层间绝缘层224的开口中。此外，下透明电极226的上表面和第三层间绝缘层224的上表面可共面。
相邻的有机光电二极管232可共用有机层228和上透明电极层230。
例如，下透明电极226和上透明电极层230可包括ITO、IZO、ZnO、SnO2、ATO(掺锑氧化锡)、AZO(掺铝氧化锌)、GZO(掺镓氧化锌)、TiO2、FTO(掺氟氧化锡)等。
有机层228可布置在下透明电极226和第三层间绝缘层224上。有机层228可包括响应于具有特定波长的光而引起光电转换的有机材料。例如，有机层228可响应于绿光而引起光电转换。因此，有机层228可用作绿色滤光片以及光电二极管。
有机层228可通过供应电子的有机材料和接受电子的有机材料的组合来实现。例如，有机层228可具有单层结构或多层结构，其中p型半导体材料和n型半导体材料形成pn平结或体异质结。
可在上透明电极层230上布置封盖层234。封盖层234可包括氧化硅。
可在封盖层234上布置微透镜236。在一些实施例中，可省略微透镜236。
在包括有机光电二极管的图像传感器中，进入有机层228的绿光可引起光电转换，以产生光电子。此外，红光和蓝光可通过布置在有机层228下方的分束器220分割，以分别进入红色滤光片和蓝色滤光片。因此，通过红色滤光片和蓝色滤光片吸收的光的量可减少。因此，图像传感器可具有高灵敏度。
图24是示出根据示例实施例的图像传感器的剖视图。
图24所示的图像传感器可具有与图23所示的图像传感器基本相同的构造，不同的是不包括彩色滤光片。
参照图24，分束器220可布置在第二层间绝缘层212上。
分束器220可将入射光分割，从而红光和蓝光可分别进入第一下光电二极管204a和第二下光电二极管204b。例如，分束器220可将入射光分割，从而红光可进入第一下光电二极管204a，蓝光可进入第二下光电二极管204b。绿光可通过有机光电二极管232进行光电转换。
在示例实施例中，分束器220可具有与先前参照图1、图16和图17解释的那些之一相同的布置结构。可将填充层图案222布置在分束器220的两侧。
应该理解，当元件被称作“连接至”或“耦接至”另一元件或“位于”另一元件“上”时，其可直接连接至或耦接至所述另一元件或位于所述另一元件上，或者可存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接”或“直接耦接”至另一元件时，或者当元件被称作“与”另一元件“接触”时，不存在中间元件。应该按照相同的方式解释其它用于描述元件之间的关系的词语(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“邻近”与“直接邻近”等)。
以上示出了示例实施例，并且不应将其理解为是示例实施例的限制。虽然已经描述了几个示例实施例，但是本领域技术人员应该容易理解，在不实质脱离本发明构思的新颖教导和优点的情况下，示例实施例中的许多修改都是可能的。因此，所有这些修改旨在被包括在如权利要求所限定的本发明的范围内。在权利要求中，装置加功能条款旨在覆盖执行所述功能的本文描述的结构，并且不仅覆盖结构等同物而且还覆盖等同结构。因此，应该理解，以上示出了各个示例实施例，并且不应将其理解为限于公开的特定示例实施例，并且对公开的示例实施例的修改形式以及其它示例实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (25)

1.一种图像传感器，包括：
多个光电二极管，其被布置在半导体衬底上；以及
分束器，其被布置在所述多个光电二极管上，并且根据波长分割入射光，使得不同颜色的分割光分别进入不同的光电二极管，
其中，所述分束器包括第一图案结构，所述第一图案结构具有多个折射层图案在横向上彼此邻近地布置的剖面结构。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，组合的多个折射层图案在水平方向的宽度小于组合的多个折射层图案在竖直方向上的高度。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中：
组合的多个折射层图案的宽度小于组合的多个折射层图案的高度的1/2。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一图案结构的折射层图案包括折射率在2.0至3.0的范围内的透明材料。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述折射层图案包括氧化钛或氧化铌。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在所述第一图案结构中彼此邻近的折射层图案包括相同的透明材料或者包括不同的透明材料。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述折射层图案相对于布置在所述第一图案结构的中间部分的折射层图案彼此对称排列。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，晶界形成在所述第一图案结构中的彼此邻近的折射层图案之间的界面处。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述分束器还包括布置在所述第一图案结构的上表面或下表面上的第二图案结构。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第二图案结构与所述第一图案结构的上表面或下表面对齐，或者相对于所述第一图案结构的上表面或下表面移位。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述分束器在平面图中具有网格形状。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，彩色滤光片布置在所述多个光电二极管与所述分束器之间，并且所述彩色滤光片布置为分别与对应的光电二极管间隔开且彼此面对。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述彩色滤光片包括布置为形成阵列的红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片，其中，所述分束器将入射光分割，使得红光进入所述红色滤光片，绿光进入所述绿色滤光片，并且蓝光进入所述蓝色滤光片。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述分束器与所述彩色滤光片间隔开，并且布置为在所述绿色滤光片上在对角线方向上与所述绿色滤光片交叉。
15.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
布置在所述分束器的两侧上的填充层图案，其中，所述分束器的上表面和所述填充层图案的上表面布置在同一平面上。
16.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
布置在所述分束器上的有机光电二极管。
17.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
布置在所述分束器上的微透镜。
18.一种图像传感器，包括：
多个光电二极管，其分别布置在半导体衬底的单元像素区中；以及
分束器，其布置在所述半导体衬底的第一表面上，并且与所述多个光电二极管间隔开，所述分束器根据波长将入射光分割，使得不同颜色的分割光分别进入不同的光电二极管；并且
其中，所述分束器包括第一图案结构，在所述第一图案结构中在多个折射层图案中的两个之间形成在竖直方向上延伸的边界。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，还包括：
隔离图案，其布置在所述半导体衬底中，以分离所述单元像素区；以及
布线结构，其布置在所述半导体衬底的第二表面上。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，还包括：
有机光电二极管，其布置在所述分束器上。
21.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，彩色滤光片布置在所述多个光电二极管与所述分束器之间，并且所述彩色滤光片布置为分别与对应的光电二极管间隔开且彼此面对。
22.根据权利要求21所述的图像传感器，其中，所述彩色滤光片包括布置为形成阵列的红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片，其中，所述分束器将入射光分割，使得红光进入所述红色滤光片，绿光进入所述绿色滤光片，并且蓝光进入所述蓝色滤光片。
23.一种图像传感器，包括：
多个光电二极管，其分别布置在半导体衬底的单元像素区中；以及
分束器，其布置在所述半导体衬底的第一表面上，并且与所述多个光电二极管间隔开，所述分束器根据波长将入射光分割，使得不同颜色的分割光分别进入不同的光电二极管，
其中，所述分束器包括第一折射图案结构，所述第一折射图案结构具有多个折射层图案相对于彼此在横向上堆叠的剖面结构。
24.根据权利要求23所述的图像传感器，其中，彩色滤光片布置在所述多个光电二极管与所述分束器之间，并且所述彩色滤光片布置为分别与对应的光电二极管间隔开且彼此面对。
25.根据权利要求24所述的图像传感器，其中，所述彩色滤光片包括布置为形成阵列的红色滤光片和蓝色滤光片，其中，所述分束器将入射光分割，使得红光进入所述红色滤光片，并且蓝光进入所述蓝色滤光片。
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