CN110061025A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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CN110061025A CN201910367138.8A CN201910367138A CN110061025A CN 110061025 A CN110061025 A CN 110061025A CN 201910367138 A CN201910367138 A CN 201910367138A CN 110061025 A CN110061025 A CN 110061025A
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许爱春
郭振
王淞山
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Huaian Imaging Device Manufacturer Corp
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Abstract

本公开涉及图像传感器及其制造方法。一种图像传感器，包括：衬底，其中具有多个光电元件；光电转换膜，位于所述衬底上；遮光膜，限定多个第一开口，所述多个第一开口分别对应地设置在所述多个光电元件的上方，其中所述遮光膜埋设在所述光电转换膜内；栅格，位于所述遮光膜上且限定多个第二开口，所述多个第二开口分别对应地设置所述多个光电元件的上方，其中所述栅格至少部分地埋设在所述光电转换膜内。

Description

图像传感器及其制造方法
技术领域
本公开整体地涉及成像领域，并且更具体地来说，涉及图像传感及其制造方法。
背景技术
图像传感器常在电子设备诸如单反相机、普通数码相机、摄像机、手机、汽车电子和计算机等等中用来捕获图像。本领域中一直存在对改善的图像传感器的需求。
发明内容
本公开的目的之一是提供图像传感器及其制造方法。
根据本公开的一个方面，提供了一种图像传感器，包括：衬底，其中具有多个光电元件；光电转换膜，位于所述衬底上；遮光膜，限定多个第一开口，所述多个第一开口分别对应地设置在所述多个光电元件的上方，其中所述遮光膜埋设在所述光电转换膜内；栅格，位于所述遮光膜上且限定多个第二开口，所述多个第二开口分别对应地设置所述多个光电元件的上方，其中所述栅格至少部分地埋设在所述光电转换膜内。
根据本公开的另一个方面，提供了一种图像传感器的制造方法，包括以下步骤：提供堆叠结构，所述堆叠结构包括：衬底，其中具有多个光电元件；光电转换膜，位于所述衬底上；遮光膜，限定多个第一开口，所述多个第一开口分别对应地设置在所述多个光电元件的上方，其中所述遮光膜埋设在所述光电转换膜内；在所述光电转换膜内形成多个沟槽，所述多个沟槽位于所述遮光膜的与第一开口相邻的部分之上；形成栅格，所述栅格填充在所述多个沟槽中并限定多个第二开口，所述多个第二开口分别对应地设置在所述多个光电单元的上方，并且所述多个第二开口至少部分地被所述光电转膜填充。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的示例性实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的图像传感器中包括的像素单元阵列和相关电路的示意图；
图2示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的在全局快门模式下操作的像素单元的示意性电路图；
图3A示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的图像传感器的一部分的示例结构的示意性截面图；
图3B示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的图像传感器的示例性操作的示意图；
图4示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的制造图像传感器的流程图；
图5-图10分别示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例制造图像传感器的各个步骤处的示意性截面图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些示例性实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同示例性实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
图1示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的图像传感器中包括的像素单元阵列和相关电路的示意图。
图像传感器1可以包括其中布置有多个像素单元10的像素单元阵列20。图像传感器1还可以包括用于将控制信号和电源电压供应给垂直扫描单元40、信号处理单元50和输出单元60的控制单元30。
像素单元阵列20可以包括被布置成行和列的像素单元10。如图1中所示的，每一个像素单元10可以布置在行(例如行R1到Ry)及列(例如列C1到Cx)内以获得图像数据。像素单元阵列20可以包含例如几百或几千行和几百或几千列以及更多或更少的像素单元10。
垂直扫描单元40可以将驱动脉冲供应给布置在像素单元阵列20中的多个像素单元10。通常，垂直扫描单元40可以为每个像素单元行或多个像素单元行中的每一个供应驱动脉冲。可以通过使用移位寄存器或地址解码器来配置垂直扫描单元40。
信号处理单元50可以包括列电路、水平扫描电路和水平输出线等。列电路可以包括用于接收由垂直扫描单元40选择的像素单元行中包括的多个像素单元的信号的多个电路块。每个电路块可以包括信号保持部分、放大电路、噪声抑制电路和模数转换电路中的任何一个或其组合。可以通过使用移位寄存器或地址解码器来配置水平扫描电路。信号处理单元50中的ADC电路可以将从像素单元阵列20接收的模拟像素值转换成对应的数字像素值(有时称为数字图像数据或数字像素数据)。
输出单元60可以包括缓冲器或放大电路等，并且将经由水平输出线传输的信号输出到图像传感器1的外部。
在一些实施例中，图像传感器1可以利用电子快门模式来控制和确定与电信号对应的光电荷的量的曝光时间。在电子快门模式中，对生成和累积光电荷的积分时间进行电控制。电子快门模式可以包括滚动快门模式和全局快门模式。在滚动快门模式中，针对像素单元阵列中的每一行分别控制积分时间。在全局快门模式中，可以在整个像素单元阵列中的所有的行中一致地控制积分时间。
全局快门模式能够消除在卷帘曝光中由于各行之间的不同的积分时间所引起的图像失真。但是，为了存储光电元件中累积的光电荷，需要添加一个存储单元。
图2示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的在全局快门模式下操作的像素单元的示意性电路图。
如图2中所示，在一个实施例中，像素单元10可以包括溢出晶体管201、作为光电元件的示例的光电二极管202、存储晶体管203、作为存储单元的示例的存储二极管204、转移晶体管205、浮置扩散部206、复位晶体管207、源极跟随器208和选择晶体管209。
光电二极管202可以累积或收集响应于入射光而在其中生成的光电荷。溢出晶体管201可以被连接在供应像素电压Vdd的像素电压端子和光电二极管202之间。使用溢出晶体管201可以防止由光电二极管202生成的电荷溢出到存储二极管204中。溢出晶体管201可以响应于施加到其栅极的溢出控制信号OS而导通或截止。
存储晶体管203可以被连接在光电二极管202和存储二极管204之间。从光电二极管202转移的电荷可以通过存储晶体管203被存储在存储二极管204中。存储晶体管203可以响应于施加到其栅极的存储控制信号SS而导通或截止。
转移晶体管205可以连接在存储二极管204和浮置扩散部206之间。存储在存储二极管204中的电荷可以通过转移晶体管205存储或累积在浮置扩散部206中。转移晶体管205可以响应于施加到其栅极的转移控制信号TS而导通或截止。此外，浮置扩散部206可以连接到附加的电容器(未示出)。
复位晶体管207可以连接在供应像素电压Vdd的像素电压端子和浮置扩散部206之间。复位晶体管207可以响应于施加到其栅极的复位控制信号RS而控制光电荷(例如，电子)从浮置扩散部206到像素电压端子的传输。
源极跟随器208可以连接在供应像素电压Vdd的像素电压端子和选择晶体管209之间。源极跟随器208可以基于由浮置扩散部206处的电荷确定的电压电平来操作。
选择晶体管209可以响应于施加到其栅极的选择控制信号SLS将源极跟随器208的输出信号(例如，模拟像素信号)输出到列线Vout。
为了描述上方便，在图2中所示的实施例中，将像素电压Vdd共同施加到溢出晶体管201、复位晶体管207和源极跟随器208。然而，可以将分别施加到溢出晶体管201、复位晶体管207和源极跟随器208的操作电压设计为相互不同。
在全局快门模式下操作的图像传感器中，需要形成具有遮光特性的遮光膜，以对存储单元(例如，存储二极管)进行遮光。
在充当光电转换器的光电转换膜堆叠在半导体衬底上的结构用作使用全局快门模式的CMOS图像传感器的情况下，为了改善遮光特性，在一些实现中，在光电转换膜内埋设遮光膜，使得存储单元位于遮光膜的下方。然而，这种结构的CMOS图像传感器虽能有效遮光，但是会将入射到遮光膜上的入射光反射，从而使得这部分光不能进入光电元件，从而浪费光源、降低器件的敏感性和像素质量。
鉴于以上所述，本申请提供了一种能够对存储单元进行遮光并且具有改进的光学隔离和光收集以及电隔离的图像传感器。
图3A示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的图像传感器的一部分的示例结构的示意性截面图。
尽管图3A示出了背面照射型图像传感器，但是图像传感器不限于此，并且可以是正面照射型图像传感器。另外，下面将集中于电子用作信号电荷的示例情况来描述每个半导体区域的导电类型。当使用空穴作为信号电荷时，每个半导体区域的导电类型需要是相反的导电类型。
参考图3A，在该截面图中，为了简单起见，仅示出了三个像素单元10，分别为红色像素单元、绿色像素单元和蓝色像素单元；然而，在实际器件中，将提供成千上万个或更多或更少个像素单元的阵列，通常布置为行和列。此外，像素单元也可以不按照图3A中所示的顺序进行布置。
图像传感器3从附图的顶部起可以包括入射层320、光电转换层300、衬底340和布线层360。
入射层320可以包括微透镜323、滤色器层322和平坦化层321。当然，入射层320也可以包括其它层，例如防反射层，并且入射层320可以包括更多或更少的平坦化层。微透镜323可以形成在像素单元10的顶部(假设该顶部是入射光首先到达的位置)以对应于光电二极管PD。微透镜323可以用来增大光聚集力，从而提高图像质量。
滤色器层322可以形成在微透镜323下方。滤色器层322可以选择性地透射具有预定波长(例如，红色、绿色、蓝紫色、黄色或青色)的光。平坦化层321可以形成在滤色器层322下方以防止通过微透镜323和滤色器层322进入的光被反射，并且使光电转换层平坦化。此外，虽然图中未示出，但是滤色器层322除了多个滤色器之外，还可以具有将各滤色器间隔开并提供光学隔离的栅格。
在光电转换层300中，可以形成光电转换膜301。在光电转换膜301中，诸如CuInGaSe2等的CIGS(二硒化铜铟镓)化合物可以用作膜材料。这里，具有比硅(Si)更高的光吸收率的膜可以用作光电转换膜301，使得可以比使用硅的情况具有更小的厚度。当然，光电转换膜301例如也可以由硅形成。
除了上述CuInGaSe2之外，可以使用其它外延生长的无机化合物半导体作为光电转换膜301。
除了CuInGaS、CuInGaSe以及AgInGaSe2之外，还可以使用形成有多于一个元素的化合物半导体，诸如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、二硫化亚铁(FeS2)、硫化亚铜(Cu2S)、二硫化锡(SnS2)、硅化钡(BaSi2)、磷化镓(GaP)或磷化铟镓(InGaP)等。
此外，如图3A中所示，遮光膜303可以埋设在光电转换膜301中。在遮光膜303中，限定多个第一开口305，各第一开口305的宽度取决于像素单元10的尺寸，以将下面的光电二极管PD露出。在一个实施例中，遮光膜303可以由具有低透光率且具有导电性的材料制成。在一个示例中，遮光膜303可以由诸如钨、铝的金属制成。此外，滤色器层322中的滤色器和微透镜323可以设置在遮光膜303的第一开口305上方。
另外，如图3A中所示，栅格302也可以至少部分地埋设在光电转换膜301中并且位于遮光膜303上。栅格302可以由与遮光膜303相同的材料形成。在一个示例中，栅格302可以限定多个第二开口306，第二开口306与下面的光电二极管PD对应地设置。在一个实施例中，第二开口306的宽度大于第一开口305的宽度。在一个示例中，栅格302可以与遮光膜303接触地设置。
在一个实施例中，栅格302将位于相邻的光电二极管PD上的光电转换膜301分离开，并且将入射到栅格302上的部分入射光引导到相应的光电二极管PD。
在一个示例中，绝缘膜304可以设置在光电转换层300中，以将绝缘膜303和栅格302与光电转换膜301隔离开。
衬底340是接收发射到CMOS图像传感器3上的入射光的光接收层，并且具有例如对于各像素单元10设置光电二极管的p型硅层(下文中称为p型阱区(PWL))341。
在衬底340中，像素单元10可以包括光电元件342，例如通常布置为行和/或列的阵列的光电二极管PD。光电二极管PD可以包括在p型阱区341上的n型掺杂区，该n型掺杂区和p型阱区341形成pn结。在光电二极管PD中，响应于以特定波长和能量入射的光子在pn结中产生电子空穴对，并且积累来自入射在该光电二极管PD上的光子的电荷(例如，电子)。
像素单元10还包括位于衬底340中的存储单元343和浮动扩散部344。如图3A中所示，存储单元343位于遮光膜303的正下方，所以经由遮光膜303来遮光。
在图3A中所示的示例中，存储晶体管(例如，图2中所示的存储晶体管203)的栅极345可以包括与衬底340的平面平行的平面部分和向着光电二极管PD延伸的垂直部分。此外，在存储单元343被布置为距离衬底340的表面具有一定的距离的情况下，存储晶体管的栅极345还可以包括向着存储单元343延伸的垂直部分。在一个示例中，可以通过供应给栅极345的电压来控制光电二极管PD和存储单元343之间的电位状态。
此外，可以通过供应给转移晶体管(例如，图2中所示的转移晶体管205)的栅极346的电压来控制存储单元343和浮动扩散部344之间的电位状态。虽然未示出，但是在一些示例中，栅极346也可以包括与衬底340的平面平行的平面部分和向着存储单元343延伸的垂直部分。
此外，在一个实施例中，光电二极管PD可以位于与像素晶体管(例如，存储晶体管203、转移晶体管205等)和存储单元343不同的层中。
除了在此描述的示例性结构之外，衬底340还可以包括未示出的深沟槽隔离(DTI)区和浅沟槽隔离(STI)区以实现相邻元件的光学隔离和/或电学隔离。此外，衬底340还可以包括其它器件，包括在衬底340的另一部分中形成的有源晶体管、二极管、电容器、电阻器、存储器单元、模拟器件、过滤器、收发器等。
在一个实施例中，栅格302可以与滤色器层322中的将多个滤色器间隔开的栅格对应地设置。此外，栅格302也可以与衬底340中的将相邻的像素单元间隔开的DTI区对应地设置。
布线层360可以包括多层布线361。多层布线361可以传输被施加到如图2中所示的各晶体管的控制信号OS、SS、TS、RS和SLS，或者可以在图像传感器3和外部之间传输信号。如图3A中所示，图像传感器3可以形成为将多层布线361定位在衬底340的相对侧处以形成背侧照明(BSI)像素单元。然而，发明构思并不局限于此。
图3B示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的图像传感器的示例性操作的示意图。
如图3B中所示，为了提高光利用率，光电转换膜301覆盖遮光膜303。此外，栅格302可以设置在光电转换膜301内并位于遮光膜303上，并且将用于不同像素单元的光电转换膜301分离开，从而实现了光电转换膜301的光学隔离和电学隔离。
如图3B中所示，在一个示例中，当光线L1经由微透镜323入射到光电转换膜301时，在不存在栅格302的情况下，光线L1经由遮光膜303反射形成光线L2，光线L2从相邻的像素单元出射到图像传感器3之外；但是在存在栅格302的情况下，光线L1经由栅格302反射形成光线L3，并光线L3进入相应的光电二极管PD。通过这样设置的栅格302，提高了光收集能力和光利用率并且减少了对相邻的像素单元10的光学串扰。在这样的应用中，栅格302由反射性材料形成。在图3B所示的示例中，栅格302连接到遮光膜303，但是本发明不限于此。
在一个实施例中，在光学转换膜301为n型掺杂并且遮光膜303与栅格302连接的情况下，当向栅格302施加负电压时，由于栅格302和遮光膜303通负电压，带负电，因此吸引光电转换膜301中的空穴向栅格302和遮光膜303聚集，由此在遮光膜303限定的第一开口305和栅格302限定的第二开口306中的n型光电转换膜301中形成耗尽层307，从而对不同角度的光进行吸收及光电转换，提高光源利用率。在这样的应用中，遮光膜303和栅格302可以由导电性的材料制成。在一个示例中，遮光膜303和栅格302例如可以由诸如钨、和铝的金属材料形成。
在图3B中所示的示例中，为了提高光利用率，栅格302形成在光电转换膜301中，然而，本发明不限于此。在一个示例中，栅格302可以延伸到光电转换膜301之外。此外，在图3B中所示的示例中，遮光膜303和栅格302连接，然而，本发明不限于此。例如，在一个示例中，遮光膜303和栅格302并没有连接，并且在形成耗尽层时，分别向遮光膜303和栅格302施加负电压。
此外，本领域技术人员应该理解，存在覆盖在栅格302和遮光膜303上的绝缘膜304，以将栅格302和遮光膜303与光电转换膜301间隔开。
图4示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例的制造图像传感器的流程图。图5-图10分别示出了根据本公开的一个或多个示例性实施例制造图像传感器的各个步骤处的示意性截面图。将根据图4中的流程图并参考图5至图10中的截面图来描述根据一个实施例的制造图像传感器的方法的一个示例。图5至图10示出了三个像素单元的示意性截面图，但是本领域技术人员理解，图像传感器可以包括多个像素单元以及其它元件，图5至图10仅是为了说明而绘制。此外，为了使图5至图10的附图更加清晰，省略了布线层360以及衬底340中的像素晶体管等元件。
在一个实施例中，如图5中所示，首先提供堆叠结构500，该堆叠结构500可以包括：衬底340，其中具有多个光电元件342；光电转换膜301，位于衬底340上；遮光膜303，限定多个第一开口305，所述多个第一开口305分别对应地设置在所述多个光电元件342的上方，其中所述遮光膜303埋设在所述光电转换膜301内(图4中的步骤S401)。
在一个实施例中，衬底340中还可以具有多个存储单元343，并且存储单元343可以位于遮光膜303的下方，以经由遮光膜303来遮光。
在一个实施例中，光电转换层300中也可以包括将光电转换膜301平坦化的平坦化层。此外，绝缘膜304-1可以形成在光电转换膜301中以将遮光膜303与光电转换膜301隔离开。
在一个示例中，例如可以通过图4中的步骤S4010至S4016和图6A至图6H中所示的截面图中所示的工艺来形成堆叠结构500。
在一个实施例中，如图6A中所示，可以提供衬底340，其中衬底340中包含多个光电元件342(图4中的步骤S4010)。
此外，在一个实施例中，衬底340中可以包含多个存储单元343。在该视图中，省略了其中的DTI区以及诸如存储晶体管、转移晶体管、选择晶体管、放大晶体管、复位晶体管等的其它像素晶体管(未示出)。此外，在一个示例中，光电元件342和存储单元343可以形成在不同的层中。
衬底340可以是硅衬底或者其它半导体材料。可以使用砷化镓、锗、碳化硅、砷化铟或磷化铟或合金半导体，诸如，碳化硅锗、磷化铟镓、砷化铟镓等。衬底通常可以是半导体材料的晶圆。在其它实施例中，衬底340可以被提供为在绝缘体上的外延层，诸如“SOI”层。半导体材料的晶圆可以接合或堆叠，并且衬底可以是这些层之一。衬底340通常通过晶圆研磨方法减薄，诸如，化学机械抛光(“CMP”)、机械晶圆研磨或半导体蚀刻。
接下来，在一个实施例中，如图6B中所示，在衬底340上形成第一转换层301-1(图4中的步骤S4012)。
第一转换层301-1例如通过外延生长诸如CuInGaSe2等的CIGS(二硒化铜铟镓)化合物形成。这里，具有比硅(Si)更高的光吸收率的膜可以用作第一转换层301-1，使得可以比使用硅的情况具有更小的厚度。当然，第一转换层301-1也可以通过CVD、溅射等方法例如由其它光电转换材料形成。
接下来，在一个实施例中，在第一转换层301-1上形成遮光膜，并且遮光膜限定分别与衬底中的多个光电元件对应地设置的多个第一开口(图4中的步骤S4014)。在一个示例中，通过以下步骤来形成遮光膜。
在一个示例中，如图6C中所示，通过CVD等方法在第一转换层301-1的整个表面上形成绝缘膜304’。
然后，如图6D中所示，执行溅射等，在绝缘膜304’的整个表面上形成例如钨(W)膜303-1。
然后，如图6E中所示，执行图案化等，去除钨(W)膜303-1的不必要的部分，从而形成遮光膜303。由此形成的遮光膜303具有与下面的光电元件对应的开口。在一个示例中，也可以通过金属剥离等方法来形成遮光膜303。
然后，如图6F中所示，还形成绝缘膜304”，以保护遮光膜303的上表面和侧壁。
然后，如图6G中所示，执行边缘处理等，以去除绝缘膜304’和304”的不必要的部分并使光电元件343上面的第一转换层301-1从绝缘膜露出。由此，图案化后的绝缘膜304’和304”形成图5中所示的用于将遮光膜303与光电转换膜301隔离开的绝缘膜304-1。此外，遮光膜303限定多个第一开口305，多个第一开口305对应地设置在多个光电元件342的上方。
接下来，在一个实施例中，如图6H中所示，形成第二转换层301-2，该第二转换层301-2覆盖遮光膜303并填充多个第一开口305，其中第一转换层301-1和第二转换层301-2形成图5中所示的光电转换膜301(图4中的步骤S4016)。
在一个示例中，可以通过CVD方法或外延生长方法等形成第二转换层301-2。在一个示例中，第二转换层301-2可以由与第一转换层301-1相同的光电转换材料形成。
在一个示例中，在使CIGS外延生长的区域中，生长方向和生长速率可以根据工序条件来控制。使CIGS外延生长的区域的边缘可以根据工序条件被控制为几乎垂直或以角度倾斜或以任意其他形式。此外，在一个示例中，当使CIGS外延生长时，在CIGS到达相邻像素之前停止生长，使得可以执行像素分离。
但是，在优选的实施例中，为了提高光利用率，第二转换层301-2覆盖遮光膜303，并且通过之后形成的栅格执行像素分离，由此可以对不同角度的光进行吸收及光电转换。
接下来，在一个实施例中，如图7中所示，在光电转换膜301内形成多个沟槽308，多个沟槽308位于遮光膜301的与第一开口305相邻的部分之上(图4中的步骤S402)。
具体而言，在一个示例中，通过以下步骤来形成多个沟槽308。
首先，在光电转换膜301上形成抗蚀剂膜(未示出)，然后通过光刻工艺等对抗蚀剂膜进行图案化，以使得图案化的抗蚀剂膜暴露出在遮光膜301的与第一开口305相邻的部分之上的光电转换膜301的表面。然后，通过蚀刻技术等，采用合适的蚀刻条件，去除被图案化的抗蚀剂膜暴露的光电转换膜301。在一个优选的实施例中，形成的多个沟槽308暴露出遮光膜303的至少一部分的表面。
接下来，在一个实施例中，如图8中所示，形成覆盖多个沟槽308的侧壁的绝缘膜304-2。具体而言，在一个示例中，通过以下步骤来形成绝缘膜304-2。
在一个示例中，通过CVD等方法，形成覆盖沟槽308的侧壁和底表面以及光电转换膜301的表面的绝缘膜。然后，在一种实现中，通过毯式蚀刻等方法，去除光电转换膜301的表面以及沟槽308的底表面上的绝缘膜，而暴露覆盖在沟槽308的侧壁上的绝缘膜304-2。在一个示例中，由此形成的绝缘膜304-1和304-2例如构成图3A和图3B中所示的用于将栅格302和遮光膜303与光电转换膜301隔离开的绝缘膜304。
接下来，在一个实施例中，如图9中所示，形成栅格302，栅格302填充在多个沟槽308中并限定多个第二开口306，多个第二开口306分别对应地设置在多个光电元件342的上方，并且多个第二开口306至少部分地被光电转换膜301填充(图4中的步骤S403)。
借助上述制造工序，可以制造图3A中所示的图像传感器3的一部分。在以该方式制造的图像传感器3中，使用具有比硅(Si)更高的光吸收率的光电转换膜301(诸如CIGS膜等)，并且遮光膜142形成(插入)在光电转换膜301中，由此像素单元10的开口的宽度可以根据像素尺寸而被改变为任意尺寸。此外，栅格302形成(插入)在光电转换膜301中，从而提供相邻的像素单元10之间的光学隔离和电隔离，并且能够提高光收集能力和光利用率。
此外，在一个实施例中，如图10中所示，还可以在光电转换层300上形成入射层320，入射层320可以包括平坦化层321、滤色器层322和微透镜323。在一个示例中，平坦化层321可以是氧化硅层。
滤色器层322可以包括红色滤色器、绿色滤色器和蓝色滤色器，当然，滤色器层322根据需要可以具有其它颜色的滤色器并且按照需要可以具有其它任何合适的排列方式。可以通过多步光刻步骤来形成不同颜色的滤色器。滤色器层322中的多个滤色器可以包括着色或染色的材料，诸如丙烯酸。例如，聚甲基丙烯酸甲酯(“PMMA”)或丙二醇单硬脂酸酯(“PGMS”)是合适的材料，可以利用它们增加颜料或染料来形成滤色器。然而，还可以使用其它材料。此外，将滤色器层322中的各滤色器间隔开的栅格例如可以由电介质材料和金属形成。
滤色器层322上形成有微透镜323。微透镜323可以由透明的有机材料、无机化合物材料制成，并且具有凸形上表面。微透镜323可以集中在像素单元的中心或略有偏移。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的示例性实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
另外，前面的描述可能提及了被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的示例性实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种示例性实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：
项目1.一种图像传感器，包括：衬底，其中具有多个光电元件；光电转换膜，位于所述衬底上；遮光膜，限定多个第一开口，所述多个第一开口分别对应地设置在所述多个光电元件的上方，其中所述遮光膜埋设在所述光电转换膜内；栅格，位于所述遮光膜上且限定多个第二开口，所述多个第二开口分别对应地设置所述多个光电元件的上方，其中所述栅格至少部分地埋设在所述光电转换膜内。
项目2.根据项目1所述的图像传感器，所述多个第二开口的宽度大于或等于所述多个第一开口的宽度。
项目3.根据项目1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：绝缘膜，所述绝缘膜被配置为将所述遮光膜和所述栅格与所述光电转换膜隔离开。
项目4.根据项目1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括多个存储单元，所述多个存储单元被构造为存储从所述多个光电元件中的相应光电元件转移的电荷，所述多个存储单元位于所述遮光膜的下方。
项目5.根据项目1所述的图像传感器，所述光电转换膜包括无机化合物半导体。
项目6.根据项目5所述的图像传感器，所述光电转换膜包括二硒化铜铟镓(CuInGaSe2)。
项目7.根据项目1所述的图像传感器，所述栅格由具有光反射性和/或导电性的材料形成。
项目8.根据项目1所述的图像传感器，所述遮光膜由具有导电性的材料形成。
项目9.根据项目7或8所述的图像传感器，其特征在于，所述栅格和所述遮光膜由钨、铝或其组合中的至少一种形成。
项目10.一种图像传感器的制造方法，包括以下步骤：提供堆叠结构，所述堆叠结构包括：衬底，其中具有多个光电元件；光电转换膜，位于所述衬底上；遮光膜，限定多个第一开口，所述多个第一开口分别对应地设置在所述多个光电元件的上方，其中所述遮光膜埋设在所述光电转换膜内；在所述光电转换膜内形成多个沟槽，所述多个沟槽位于所述遮光膜的与第一开口相邻的部分之上；形成栅格，所述栅格填充在所述多个沟槽中并限定多个第二开口，所述多个第二开口分别对应地设置在所述多个光电单元的上方，并且所述多个第二开口至少部分地被所述光电转膜填充。
项目11.根据项目10所述的制造方法，提供所述堆叠结构包括以下步骤：提供衬底，所述衬底中具有多个光电元件；在所述衬底上形成第一转换层；在所述第一转换层上形成遮光膜，其中所述遮光膜限定所述多个第一开口；形成第二转换层，所述第二转换层覆盖在所述遮光膜上并且填充所述多个第一开口；其中所述第一转换层和所述第二转换层形成所述光电转换膜。
项目12.根据项目10所述的制造方法，在形成所述多个沟槽之后且形成所述栅格之前还包括以下步骤：形成绝缘膜，所述绝缘膜覆盖所述多个沟槽的侧表面。
项目13.根据项目10所述的制造方法，所述衬底中还包括多个存储单元，所述多个存储单元被构造为存储从所述多个光电元件中的相应光电元件转移的电荷，所述多个存储单元位于所述遮光膜的下方。
项目14.根据项目10所述的制造方法，所述多个沟槽暴露其下面的遮光膜的至少一部分的表面，并且所述栅格与所述遮光膜连接。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定示例性实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各示例性实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对示例性实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
衬底，其中具有多个光电元件；
光电转换膜，位于所述衬底上；
遮光膜，限定多个第一开口，所述多个第一开口分别对应地设置在所述多个光电元件的上方，其中所述遮光膜埋设在所述光电转换膜内；
栅格，位于所述遮光膜上且限定多个第二开口，所述多个第二开口分别对应地设置所述多个光电元件的上方，其中所述栅格至少部分地埋设在所述光电转换膜内。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，
所述多个第二开口的宽度大于或等于所述多个第一开口的宽度。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：
绝缘膜，所述绝缘膜被配置为将所述遮光膜和所述栅格与所述光电转换膜隔离开。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括多个存储单元，所述多个存储单元被构造为存储从所述多个光电元件中的相应光电元件转移的电荷，所述多个存储单元位于所述遮光膜的下方。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换膜包括无机化合物半导体。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述光电转换膜包括二硒化铜铟镓(CuInGaSe2)。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述栅格由具有光反射性和/或导电性的材料形成。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述遮光膜由具有导电性的材料形成。
9.根据权利要求7或8所述的图像传感器，其特征在于，所述栅格和所述遮光膜由钨、铝或其组合中的至少一种形成。
10.一种图像传感器的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
提供堆叠结构，所述堆叠结构包括：
衬底，其中具有多个光电元件；
光电转换膜，位于所述衬底上；
遮光膜，限定多个第一开口，所述多个第一开口分别对应地设置在所述多个光电元件的上方，其中所述遮光膜埋设在所述光电转换膜内；
在所述光电转换膜内形成多个沟槽，所述多个沟槽位于所述遮光膜的与第一开口相邻的部分之上；
形成栅格，所述栅格填充在所述多个沟槽中并限定多个第二开口，所述多个第二开口分别对应地设置在所述多个光电单元的上方，并且所述多个第二开口至少部分地被所述光电转膜填充。
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