CN110197832A - 包括分隔图案的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

包括分隔图案的图像传感器包括：基板；形成在基板中的感光元件，各个感光元件响应光生成感光电信号；抗反射层，形成在感光元件上方并减小光反射以方便入射光通过抗反射层光学透射到感光元件；滤色器，形成在抗反射层上方并在空间上分别与感光元件对应，各个滤色器选择入射光中的指定颜色透射通过到对应感光元件；分隔图案，形成在抗反射层上方并在空间上分别与感光元件对应，以将感光元件上方的光接收区域分隔成单独光接收区域，各个分隔图案包围对应滤色器以与相邻滤色器分离；凹槽，形成在分隔图案的上部中并在相邻分隔图案之间提供气隙；微透镜，形成在分隔图案和滤色器上方以分别将入射光通过滤色器引导到感光元件。微透镜通过凹槽彼此分离。

Description

包括分隔图案的图像传感器
技术领域
本专利文献中所公开的技术和实现方式总体上涉及一种图像传感器、形成该图像传感器的方法以及包括该图像传感器的电子装置。
背景技术
最近，随着信息和通信技术的发展以及图像信息的数字化，如今越来越多的电子装置(例如，数字相机、摄像机、移动电话、个人通信系统(PCS)、游戏机、安全相机和医疗微型相机)配备有图像传感器。图像传感器包括多个像素，并且多个像素中的每一个包括光电二极管、滤色器和微透镜。通常，多个像素包括用于将像素光学隔离的栅格图案。然而，由于栅格图案独自无法充分地引导光，所以难以充分地改进量子效率和串扰现象。
发明内容
除了别的以外，本专利文献提供包括分隔图案以改进量子效率和串扰现象的图像传感器的设计。
另外，各种实施方式涉及一种用于形成包括分隔图案的图像传感器的方法。
此外，各种实施方式涉及一种包括图像传感器的电子装置，该图像传感器包括分隔图案。
在所公开的技术的实施方式中，一种图像传感器可包括：基板；形成在基板中的感光元件，各个感光元件响应光以生成感光电信号；抗反射层，其形成在感光元件上方并被构造为减小光学反射以方便入射光通过抗反射层光学透射到感光元件；滤色器，其形成在抗反射层上方并被布置为在空间上分别与感光元件对应，各个滤色器被构造为选择入射光中的指定颜色透射通过到对应感光元件；以及分隔图案，其形成在抗反射层上方并被布置为在空间上分别与感光元件对应，以将感光元件上方的光接收区域分隔成单独的多个光接收区域，各个分隔图案包围对应滤色器以与相邻滤色器分离；凹槽，其形成在分隔图案的上部中，并在相邻分隔图案之间提供气隙；微透镜，其形成在分隔图案和滤色器上方以分别将入射光通过滤色器引导到感光元件。微透镜可通过凹槽彼此分离。
在实施方式中，一种图像传感器可包括：基板；感光元件，其设置在基板中以将光转换为表示图像的感光信号；抗反射层，其设置在基板上方以减少入射光的光学反射；多个分隔图案，其设置在抗反射层上方；滤色器，其设置在多个分隔图案之间以选择入射光中的期望颜色通过滤色器以用于图像感测；微透镜，其设置在滤色器上方以引导入射光通过滤色器到达感光元件；以及防眩光层，其为光学透明的并且形成在微透镜的表面上方以减少眩光。分隔图案可具有低于滤色器的折射率。
根据实施方式，由于滤色器和微透镜可在光学上和物理上进一步隔离，所以可实现更高效的导光效果。
根据实施方式，由于导光效果改进，所以串扰现象和RAR(光线角度响应)可改进。
根据实施方式，由于光移位减小，所以遮光效果可改进。
根据实施方式，精细像素中的量子效率损失可减小，并且由于栅格图案的水平宽度可增加，所以可消除或减轻光的衍射现象。
根据实施方式，由于导光效果改进，所以可实现半遮蔽相位差检测自动聚焦功能。
根据实施方式，由于可调节微透镜的折射率，所以也可调节微透镜的焦距。
根据本公开的各种实施方式的其它优点已在本文中描述。
附图说明
图1是示出基于所公开的技术的实施方式的图像传感器的示意性框图的示例。
图2A至图3H是示意性地示出基于所公开的技术的各种实施方式的图像传感器的纵向截面图的示例。
图4A至图7D是示出形成基于所公开的技术的各种实施方式的图像传感器的示例性方法的示意性纵向截面图的示例。
图8是示出包括基于所公开的技术的各种实施方式的图像传感器的电子装置的示意图的示例。
具体实施方式
可实现所公开的技术以提供一种图像传感器、形成该图像传感器的方法以及包括该图像传感器的电子装置。所公开的图像传感器提出了一种允许微透镜在光学上和物理上彼此分离的设计。所公开的图像传感器还可用于在光学上和物理上分离滤色器。通过所提出的设计，可实现更高效的导光效果，这进一步改进了串扰现象和RAR(光线角度响应)。
在本公开中，在结合附图阅读以下示例性实施方式之后，用于实现它们的优点、特征和方法将变得更显而易见。贯穿本公开，相似的标号贯穿各种附图和所公开的技术的实施方式表示相似的部件。
本说明书中所使用的术语用于描述各种实施方式，而非限制所公开的技术。如本文所使用的，除非上下文清楚地另外指示，否则单数形式旨在也包括复数形式。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”当用在本说明书中时指定存在所述特征、步骤、操作和/或元件中的至少一个，但不排除一个或更多个其它特征、步骤、操作和/或其元件的存在或添加。
图1是示意性地示出基于所公开的技术的实施方式的图像传感器800的示例性框图。参照图1，图像传感器800可包括多个像素按照矩阵结构布置的像素阵列810(例如，按行和列布置的像素阵列)、相关双采样器(CDS)820、模数转换器(ADC)830、缓冲器840、行驱动器850、定时发生器860、控制寄存器870和斜坡信号发生器880。
像素阵列810可包括按照包括行和列的矩阵结构布置的多个像素块815。响应于接收到入射光，多个像素块815中的每一个可将关于所接收的入射光的光学图像信息转换为电图像信号，并通过列线将电图像信号发送到相关双采样器820。多个像素块815中的每一个可与多条行线中的一条和多条列线中的一条联接。滤色器可布置在像素阵列810中的各个像素块上，使得特定颜色的光被输入到各个像素。例如，多个像素块815中的每一个可包括三个不同颜色的图案，使得红色图案、绿色图案和蓝色图案按照包括行和列的矩阵的形式布置。
相关双采样器820可对从像素阵列810的像素块815接收的电图像信号进行保持和采样。例如，相关双采样器820可根据从定时发生器860提供的时钟信号对基准电压电平和所接收的电图像信号的电压电平进行采样，并将与它们之差对应的模拟信号发送到模数转换器830。
模数转换器830可将所接收的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号发送到缓冲器840。
缓冲器840可存储或锁存所接收的数字信号并将锁存的数字信号依次输出到外部图像信号处理器。缓冲器840可包括存储或锁存数字信号的存储器以及用于放大数字信号的感测放大器。
行驱动器850可根据定时发生器860的信号来驱动像素阵列810的多个像素块815。例如，行驱动器850可生成各自用于选择多条行线中的一条的选择信号和/或各自用于驱动多条行线中的一条的驱动信号。
定时发生器860可生成用于控制相关双采样器820、模数转换器830、行驱动器850和斜坡信号发生器880的定时信号。
控制寄存器870可生成用于控制缓冲器840、定时发生器860和斜坡信号发生器880的控制信号。
斜坡信号发生器880可根据定时发生器860的控制生成用于控制从缓冲器840输出的图像信号的斜坡信号。
图像传感器800的各个像素块815可包括将所接收的光转换为电荷的光传感器或感光元件，其可按照合适的配置实现，包括光电二极管、光电门、光电晶体管、光导体或者能够生成光生电荷的一些其它光敏结构。各个成像像素还可包括用于存储光生电荷的电荷存储区域，其可被构造成例如浮置扩散区域，如下面的示例中所公开的。各个成像像素中可包括附加电路，例如用于将光生电荷从光传感器传输到存储区域的传输晶体管以及用于在读出之后重置电荷存储区域中的电荷的重置电路。
图2A至图3H是示意性地示出基于所公开的技术的各种实施方式的图像传感器的纵向截面图。参照图2A，根据实施方式的图像传感器100A可包括形成在基板10中的诸如光电二极管20的感光元件、设置在基板10的第一表面(例如，顶表面)上方的抗反射层30以及在抗反射层30上方的滤色器50、分隔图案60和微透镜70。
基板10可包括单晶硅晶圆、SOI(绝缘体上硅)晶圆或外延生长单晶硅层。
光电二极管20可包括注入到基板10中的诸如磷(P)或砷(As)的N型离子和/或诸如硼的P型离子(B)。
抗反射层30可包括诸如氮化硅、氧化硅或氮氧化硅的无机材料层。抗反射层30可形成为单层或多层。
滤色器50可通过分隔图案60彼此分离，并且可在俯视图中具有岛形状，以使得各个滤色器50可被对应分隔图案60包围。滤色器50可按行和列布置以形成矩阵布置方式。各个滤色器50可分别包括红色、绿色和蓝色当中的一种颜色的颜料以及允许透射红色、绿色和蓝色中的期望颜色的基础树脂。布置滤色器50的颜色的一种示例方式可以是熟知的重复拜尔(Bayer)滤色器单元图案的拜尔滤色器图案，其中各个单元图案具有2个绿色滤色器像素、1个蓝色滤色器像素和1个红色滤色器像素。
图像传感器100A可包括形成在诸如光电二极管20的感光元件上方的分隔图案60，并且可被构造成在光学上和物理上将滤色器50彼此隔离或分离。在此示例中，分隔图案60可形成在抗反射层30上方并被布置为空间上分别与诸如光电二极管20的感光元件对应，以将感光元件20上方的光接收区域分隔成单独的光接收区域。各个分隔图案60包围对应滤色器50以使其与相邻滤色器50分离。在俯视图中，分隔图案60可按照网格形式或格子形式布置。分隔图案60可与光电二极管20之间的空间垂直对齐。分隔图案60可光学透明以允许入射光光学透射到下方的滤色器和像素，并且可包括光学透明材料，例如聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚硅氧烷、丙烯酸、环氧树脂或其它聚合物有机材料或者诸如氧化硅的无机绝缘材料。
微透镜70可按照半球的形式形成和布置在滤色器50上或上方。微透镜70可在光学上和物理上彼此分离，并且可空间上被布置为分别与光电二极管20对应以将在不同的光电二极管20上方的不同位置处接收的光引导至对应的光电二极管20。
分隔图案60可包括凹槽65，所述凹槽65凹陷以低于滤色器50的顶表面，使得在俯视图中在分隔图案60的上部中凹槽65可具有网格形式。凹槽65可在分隔图案60的上部中提供气隙。由于气隙具有约1.0的折射率，所以气隙的折射率低于分隔图案60的折射率。因此，在气隙与分隔图案60之间的界面处可发生全反射，以使得凹槽65可高效地将通过微透镜70入射的光引导到光电二极管20。微透镜70可通过凹槽65进一步在光学上和物理上彼此分离。另外，微透镜70可通过凹槽65在物理上彼此分离。
在一个实现方式中，微透镜70可包括与用于分隔图案60的光学透明材料相同的光学透明材料。例如，微透镜70可在材料上与分隔图案60连续，并且可在物理上与分隔图案60成一体。
分隔图案60和微透镜70可包括诸如基于聚苯乙烯的树脂、基于聚酰亚胺的树脂、基于聚硅氧烷的树脂、基于丙烯酸的树脂、基于环氧树脂的树脂或其共聚物树脂的透明聚合物材料，或者基于氧化硅或基于氮化硅的无机材料。
参照图2B，基于实施方式的图像传感器100B可包括形成在基板10中的光电二极管20、设置在基板10的顶表面上方的抗反射层30以及设置在抗反射层30上方的栅格图案40、滤色器50、分隔图案60和微透镜70。栅格图案40可被构造为光学不透明以提供光学隔离或分离，并且可按照网格的形式布置以在俯视图中与分隔图案60交叠。因此，滤色器50可通过栅格图案40和分隔图案60在光学上和物理上彼此分离。在一些实现方式中，栅格图案40和分隔图案60可与光电二极管20之间的空间垂直对齐，并且可被设置在光电二极管20之间的空间上方。栅格图案40可包括光学不透明材料，这包括光学吸收性或具有阻挡光学透射的性质的光学不透明材料(例如，诸如钨(W)的金属)。
参照图2C，基于实施方式的图像传感器100C可包括形成在基板10中的光电二极管20、设置在基板10的顶表面上方的抗反射层30以及设置在抗反射层30上方的滤色器50、分隔图案60、微透镜70和防眩光层80。
防眩光层80可利用位于微透镜70上方的曲面设置，以在入射光进入相应微透镜70之前导致入射光的光学折射，以与微透镜70协作增大或减小焦距。防眩光层80的设计可以是根据图像传感器的像素的集成度来光学控制图像传感器的光电二极管20处的最终入射光聚集强度(例如，增大或减小各个光电二极管20处的光强度)以便于改进图像分辨率。
在实现方式中，防眩光层80可形成在微透镜70的半球形表面上。在一些实现方式中，防眩光层80可适形地形成在微透镜70的整个表面上。防眩光层80可包括氧化硅。防眩光层80可具有低于微透镜70的折射率。例如，在微透镜70具有约1.56的折射率的情况下，防眩光层80可具有约1.4的折射率。防眩光层80的中心部分的厚度可比防眩光层80的外侧部分的厚度厚。防眩光层80也可通过凹槽65在物理上分离。在所公开的技术的另一实施方式中，防眩光层80可部分或完全填充凹槽65的内部。在另一实施方式中，防眩光层80可填充凹槽65的内部，并且可不在物理上彼此分离。
参照图2D，基于实施方式的图像传感器100D可包括形成在基板10中的光电二极管20、设置在基板10的顶表面上方的抗反射层30以及设置在抗反射层30上的栅格图案40、滤色器50、分隔图案60、微透镜70和防眩光层80。图像传感器100D可参照图2A至图2C所示的图像传感器100A至100C来理解。与如图2C所示的图像传感器100C相比，图像传感器100D还可包括包含网格形式的栅格图案40。栅格图案40上的结构可基于关于图2C的描述来理解。
在图2A至图2D所示的图像传感器100A至100D中，分隔图案60和微透镜70可以是彼此接合的不同结构：分隔图案60可形成为包围并分离相应滤色器50；微透镜70可形成在滤色器50的顶部以将入射光单独地引导到相应滤色器50中。微透镜70与其对应的下方的分隔图案60之间的边界可以是使用将相邻分隔图案60和微透镜70分离的凹槽65不同地限定的边界面。例如，在实施方式中，分隔图案60和对应微透镜70的边界面可被定位成低于滤色器50的顶表面，其中凹槽65的底部可在在滤色器50的顶表面下方。在另一实施方式中，分隔图案60和微透镜70的边界面可与滤色器50的顶表面基本上相同或相似。在另一实施方式中，分隔图案60和微透镜70的边界面可被定位在比滤色器50的顶表面高的水平处。
参照图2E，基于实施方式的图像传感器100E可包括形成在基板10中的光电二极管20、设置在基板10的第一表面(例如，顶表面)上方的抗反射层30以及设置在抗反射层30上方的滤色器50、分隔图案60和微透镜70。当与图2A的图像传感器100A比较时，分隔图案60和微透镜70可包括不同的材料。也就是说，分隔图案60和微透镜70可在材料上和物理上彼此区分或分离。分隔图案60可具有相对低于滤色器50的折射率，微透镜70可具有相对高于滤色器50的折射率。例如，在滤色器50具有约1.4的折射率的情况下，分隔图案60可具有约1.2的折射率。在本实施方式中，分隔图案60和微透镜70的边界面与滤色器50的顶表面可被定位在相似的水平处。
参照图2F，基于实施方式的图像传感器100F可包括形成在基板10中的光电二极管20、设置在基板10的顶表面上方的抗反射层30以及设置在抗反射层30上方的栅格图案40、滤色器50、分隔图案60和微透镜70。图像传感器100F的结构可参照图2B和图2E的图像传感器100B和100E来理解。
参照图2G，基于实施方式的图像传感器100G可包括形成在基板10中的光电二极管20、设置在基板10的顶表面上方的抗反射层30以及设置在抗反射层30上方的滤色器50、分隔图案60、微透镜70和防眩光层80。图像传感器100G的结构可参照图2C和图2E的图像传感器100C和100E来理解。
参照图2H，基于实施方式的图像传感器100H可包括形成在基板10中的光电二极管20、设置在基板10的顶表面上方的抗反射层30以及设置在抗反射层30上方的栅格图案40、滤色器50、分隔图案60、微透镜70和防眩光层80。图像传感器100H可参照图2D和图2E的图像传感器100D和100E来理解。
参照图3A，基于实施方式的图像传感器100I可包括形成在基板10中的光电二极管20、设置在基板10的顶表面上方的抗反射层30以及设置在抗反射层30上方的滤色器50、分隔图案60、微透镜70和防眩光层80。
在俯视图中，分隔图案60可按照网格的形式布置以将多个滤色器50按照岛形状分离。分隔图案60可具有设置在滤色器50的顶表面上方的部分。在纵向截面图中，分隔图案60可具有高度大于滤色器50的垂直厚度的形状。在一些实现方式中，分隔图案60可具有坝形状。分隔图案60的外侧部分可与滤色器50的外侧部分垂直地部分交叠。分隔图案60的外侧部分可设置在滤色器50上方。在一些实现方式中，各个分隔图案60可具有倒台阶形状，其包括宽度相对窄的下部和宽度相对宽的上部。分隔图案60的下部可设置在滤色器50的侧表面之间。分隔图案60的上部可设置在滤色器上方。分隔图案60的下部可与滤色器50的侧表面接触。分隔图案60的上部可设置在滤色器50的顶表面的外侧区域上。分隔图案60的上部可具有与滤色器50的顶表面接触的底表面。
凹槽65可形成在分隔图案60的上部中。在本实施方式中，防眩光层80可填充形成在分隔图案60的上部中的凹槽65。因此，防眩光层80也可具有凹槽65。
参照图3B，当与图3A所示的图像传感器100I比较时，基于实施方式的图像传感器100J可包括具有倾斜侧壁的分隔图案60。分隔图案60的上部具有向下增大的变化的宽度。例如，分隔图案60的各个上部可具有宽度相对窄的最上部以及宽度相对宽的最下部。在制造工艺期间，分隔图案60的侧壁可倾斜，并且由于倾斜的分隔图案，微透镜70的填充特性可改进。图2A至图2H所示的图像传感器100A至100H的分隔图案60也可具有倾斜侧表面。图像传感器100J的分隔图案60也可具有正(+)倾斜侧表面(向前方向上升)。图2A至图2H所示的图像传感器100A至100H的滤色器50可具有负(-)倾斜侧表面(向后方向上升)。
参照图3C，基于实施方式的图像传感器100K可包括形成在基板10中的光电二极管20、设置在基板10的顶表面上方的抗反射层30以及设置在抗反射层30上方的栅格图案40、滤色器50、分隔图案60、微透镜70和防眩光层80。分隔图案60可形成在滤色器50之间的栅格图案40上。例如，栅格图案40和分隔图案60的下部的侧壁可垂直对齐。
参照图3D，当与图3C所示的图像传感器100K比较时，基于实施方式的图像传感器100L可包括具有倾斜侧壁的分隔图案60。
参照图3E，基于实施方式的图像传感器100M可包括形成在基板10中的光电二极管20、设置在基板10的顶表面上方的抗反射层30以及设置在抗反射层30上方的栅格图案40、滤色器50、分隔图案60、微透镜70和防眩光层80。
各个分隔图案60可具有比栅格图案40宽的水平宽度以及比栅格图案40高的垂直厚度(或高度)。分隔图案60可完全覆盖栅格图案40。在一些实现方式中，分隔图案60可包围栅格图案40的侧壁并且可覆盖栅格图案40，使得栅格图案40的顶表面可不暴露。滤色器50可通过分隔图案60与栅格图案40分离并且不与栅格图案40接触。
分隔图案60的顶表面与滤色器50的顶表面可基本上共面。例如，分隔图案60和滤色器50可具有基本上相同的高度(或垂直厚度)。
在俯视图中，微透镜70可具有岛形状并且按照具有行和列的矩阵形式布置。微透镜70可通过栅格图案40和分隔图案60彼此隔离和分离。
凹槽65可形成在分隔图案60的上部中。凹槽65的下端可被定位在比滤色器50的顶表面低的水平处。微透镜70可通过凹槽65进一步在光学上和物理上彼此分离。防眩光层80可部分或完全填充凹槽65。在一些实现方式中，防眩光层80可在物理上连续。在另一实施方式中，防眩光层80可通过凹槽65在物理上分离。
参照图3F，当与图3E所示的图像传感器100M比较时，基于实施方式的图像传感器100N可包括具有倾斜侧壁的分隔图案60。图像传感器100N的滤色器60可具有倾斜侧表面。
参照图3G，在基于实施方式的图像传感器100O中，当与图2B所示的图像传感器100B比较时，滤色器50的部分可形成在栅格图案40上。滤色器50可在其上部和其下部中具有不同的宽度。例如，分隔图案60的宽度可小于栅格图案40的宽度。各个分隔图案60的宽度可与光电二极管20之间的空间的宽度基本上相同或相似。
参照图3H，当与图3G所示的图像传感器100O比较时，基于实施方式的图像传感器100P还可包括防眩光层80。
在图3A至图3D、图3G和图3H所示的图像传感器100I至100L、100O和100P中，分隔图案60和微透镜70的虚拟边界面可被定位在各种水平处。例如，在实施方式中，分隔图案60和微透镜70的虚拟边界面可被定位为低于滤色器50的顶表面。在另一实施方式中，分隔图案60和微透镜70的虚拟边界面可与滤色器50的顶表面基本上相同或相似。在另一实施方式中，分隔图案60和微透镜70的虚拟边界面可被定位在比滤色器50的顶表面高的水平处。
在基于各种实施方式的图像传感器100A至100P中，可按照各种方式改变并应用栅格图案40、滤色器50、分隔图案60、微透镜70、防眩光层80和凹槽65的规格(例如，水平宽度、垂直厚度、高度和表面曲率)。
图4A至图4D是公开了基于实施方式的图像传感器的形成方法的纵向截面图。
参照图4A，基于实施方式的图像传感器的形成方法可包括以下步骤：在基板10中形成光电二极管20；在基板10的顶表面上方形成抗反射层30；以及在抗反射层30上方形成具有开口Op的分隔图案60。
基板10可包括单晶硅晶圆、SOI(绝缘体上硅)晶圆或外延生长单晶硅层。
形成光电二极管20的步骤可包括：通过执行离子注入工艺来注入诸如磷(P)或砷(As)的N型离子和/或诸如硼(B)的P型离子。
形成抗反射层30的步骤可包括：通过执行沉积工艺来作为单层或多层形成氮化硅层、氧化硅层或氮氧化硅层。
形成分隔图案60的步骤可包括：通过执行沉积工艺来在抗反射层30上形成分隔材料层并通过执行光刻工艺和构图工艺来对分隔材料层进行构图。形成分隔材料层的步骤可包括：形成包括具有流动性的诸如基于聚苯乙烯的树脂、基于聚酰亚胺的树脂、聚硅氧烷树脂、基于丙烯酸的树脂、基于环氧树脂的树脂或其共聚物树脂的聚合物材料或者基于氧化硅或基于氮化硅的无机材料的层，然后，对所述层进行加热、干燥和烘烤。开口Op可与光电二极管20垂直对齐，并且可暴露抗反射层30的表面。
参照图4B，该方法可包括以下步骤：在开口Op中形成滤色器50。形成滤色器50的步骤可包括：形成聚合物有机材料图案(各自包括红色、绿色或蓝色的颜料以及基础树脂)，并对聚合物有机材料图案进行加热和干燥。
参照图4C，该方法可包括以下步骤：形成覆盖层70a以覆盖滤色器50和分隔图案60。形成覆盖层70a的步骤可包括：形成包括具有流动性的诸如基于聚苯乙烯的树脂、基于聚酰亚胺的树脂、聚硅氧烷树脂、基于丙烯酸的树脂、基于环氧树脂的树脂或其共聚物树脂的聚合物材料或者基于氧化硅或基于氮化硅的无机材料的层，然后，对所述层进行加热、干燥和烘烤。在本实施方式中，分隔图案60和覆盖层70a可包括相同的材料。因此，可不存在分隔图案60和覆盖层70a之间的边界面。
参照图4D，该方法可包括以下步骤：在覆盖层70a上方形成掩模图案M。形成掩模图案M的步骤可包括：通过执行光刻工艺来形成诸如光刻胶的聚合物有机材料层并对聚合物有机材料层加热并使其按照半球形形状回流。
然后，参照图2A，该方法可包括以下步骤：通过执行回蚀工艺来去除掩模图案M，从而形成微透镜70。回蚀工艺可包括用于去除掩模图案M的氧气O2以及用于蚀刻覆盖层70a的蚀刻气体。蚀刻气体可包括CF4和CHF3。例如，在回蚀工艺中，可沿着掩模图案M的轮廓蚀刻覆盖层70a。因此，微透镜70可具有类似于掩模图案M的半球形形状。通过回蚀工艺，可在分隔图案60的上部中形成凹槽65。凹槽65的下端可凹陷以低于滤色器50的顶表面。
基于另一实施方式的图像传感器的形成方法还可包括以下步骤：在形成微透镜70之后参照图2C形成防眩光层80。形成防眩光层80的步骤可包括：在微透镜70上方适形地形成防眩光材料层，然后执行回蚀工艺。通过回蚀工艺，防眩光层80可在物理上彼此分离。
图5A至图5D是公开了基于实施方式的图像传感器的形成方法的纵向截面图。
参照图5A，基于实施方式的图像传感器的形成方法可包括以下步骤：在基板10中形成光电二极管20；在基板10的第一表面(例如，顶表面)上方形成抗反射层30；以及在抗反射层30上方形成具有开口Op的栅格图案40。
形成栅格图案40的步骤可包括：通过执行沉积工艺来在抗反射层30上形成栅格材料层，并通过执行光刻工艺和构图工艺来对栅格材料层进行构图。栅格图案40可包括诸如钨(W)的金属。在俯视图中，栅格图案40可具有网格的形式。开口Op可与光电二极管20垂直对齐，并且可暴露抗反射层30的表面。
参照图5B，该方法可包括以下步骤：在开口Op中形成滤色器50，并且形成覆盖滤色器50的覆盖层70a。
参照图5C，该方法可包括以下步骤：在覆盖层70a上形成掩模图案M。
参照图5D，该方法可包括以下步骤：通过执行回蚀工艺来形成微透镜70。微透镜70可具有类似于掩模图案M的半球形形状。
此后，参照图2D或图2H，该方法可包括以下步骤：在微透镜70上方形成防眩光层80。形成防眩光层80的步骤可包括：通过执行低温氧化工艺或低温氧化物沉积工艺和/或执行回蚀工艺来在微透镜70的表面上方形成适形氧化物层。例如，防眩光层80的中心部分的厚度可比其外侧部分的厚度厚。防眩光层80可与微透镜70协作增大或减小焦距。因此，可增大或减小图像传感器的光聚集强度，因此，根据图像传感器的像素的集成度的图像分辨率可改进。
图6A至图6D是公开了基于实施方式的图像传感器的形成方法的纵向截面图。
参照图6A，基于实施方式的图像传感器的形成方法可包括以下步骤：在基板10中形成光电二极管20；在基板10的第一表面上方形成抗反射层30；在抗反射层30上方形成具有开口Op的栅格图案40；在开口Op中形成滤色器50；以及形成覆盖滤色器50的分隔材料层60a。滤色器50可与栅格图案40直接接触。滤色器50可与栅格图案40部分地在垂直方向交叠。分隔材料层60a可包括光敏聚合物有机材料(例如，光敏聚酰亚胺)。在另一实施方式中，分隔材料层60a可包括非光敏聚合物有机材料或者诸如氧化硅的无机材料。
参照图6B，该方法可包括以下步骤：通过执行光刻工艺和蚀刻工艺来形成具有暴露滤色器50的顶表面的开口Op的分隔图案60。在俯视图中，分隔图案60可具有与栅格图案40交叠或设置在栅格图案40上方的网格形式。
参照图6C，该方法可包括以下步骤：形成填充开口Op并覆盖分隔图案60的覆盖层70a。
参照图6D，该方法可包括以下步骤：参照图5C在覆盖层70a上形成半球形掩模图案M，并且通过执行回蚀工艺来形成微透镜70。在此工艺中，由于分隔图案60的上部被部分地去除，可形成凹槽65。
此后，该方法可包括以下步骤：在微透镜70上形成防眩光层80。
根据另一实施方式的图像传感器的形成方法可包括以下步骤：将分隔图案60的侧壁蚀刻为倾斜。
图7A至图7D是公开了基于实施方式的图像传感器的形成方法的纵向截面图。
参照图7A，根据实施方式的图像传感器的形成方法可包括以下步骤：在基板10中形成光电二极管20；在基板10的顶表面上方形成抗反射层30；在抗反射层30上方形成栅格图案40；以及形成覆盖所暴露的抗反射层30和栅格图案40的分隔材料层60a。分隔材料层60a可具有低于滤色器50的折射率。例如，分隔材料层60a可包括折射率为约1.3或更小的氧化硅。
参照图7B，该方法可包括以下步骤：通过执行光刻工艺和蚀刻工艺对分隔材料层60a进行构图。分隔材料层60a可被构图成分隔图案60。分隔图案60可完全覆盖并包围栅格图案40。例如，各个分隔图案60可具有比栅格图案宽的水平宽度以及比栅格图案40高的垂直厚度(或高度)。分隔图案60和栅格图案40可按照网格形式布置，并且在俯视图中分隔图案60和栅格图案50可完全交叠。分隔图案60可限定选择性地暴露抗反射层30的顶表面的开口Op。开口Op可与光电二极管20垂直对齐。
参照图7C，该方法可包括以下步骤：在由分隔图案60限定的开口Op中形成滤色器50，并且在滤色器50和分隔图案60上方形成覆盖层70a。滤色器50的顶表面与分隔图案60的顶表面可共面。在另一实施方式中，滤色器50的顶表面可被定位在与分隔图案60的顶表面不同的水平处。覆盖层70a可具有高于分隔图案60的折射率。例如，覆盖层70a可包括聚合物有机材料或者诸如氧化硅的无机材料，其折射率为约1.56或以上。在本实施方式中，覆盖层70a可包括氧化硅。
参照图7D，该方法可包括以下步骤：参照图5C在覆盖层70a上方形成半球形掩模图案M，并且通过执行回蚀工艺形成微透镜70。在此工艺中，由于分隔图案60的上部被部分地去除，可形成凹槽65。
此后，该方法可包括以下步骤：在微透镜70上方形成防眩光层80。
根据另一实施方式的图像传感器的形成方法可包括以下步骤：将分隔图案60的侧壁蚀刻为倾斜。
图8是示意性地示出包括基于各种实施方式的多个图像传感器中的一个的电子装置900的图。
参照图8，包括基于实施方式的多个图像传感器中的至少一个的电子装置900可包括能够拍摄静止图像或运动图像的相机。电子装置900可包括光学系统(或光学透镜)910、快门单元911、用于控制/驱动图像传感器800和快门单元911的驱动单元913以及信号处理单元912。图像传感器800可包括根据各种实施方式的图像传感器100A至100P中的一个。
光学系统910可将来自对象的图像光(入射光)引导到图像传感器800的像素阵列(参见图1的标号810)。光学系统910可包括多个光学透镜。快门单元911可控制图像传感器800的光照射时段和光遮蔽时段。驱动单元913可控制图像传感器800的透射操作和快门单元911的快门操作。信号处理单元912对从图像传感器800输出的信号执行各种类型的信号处理。信号处理之后的图像信号Dout可被存储在诸如存储器的存储介质中，或者可被输出到监视器等。
尽管出于例示性目的描述了各种实施方式，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离以下权利要求中限定的本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变和修改。
相关申请的交叉引用
本专利文献要求2018年2月26日提交的韩国专利申请No.10-2018-0022688的优先权，其整体通过引用并入本文。

Claims (20)

1.一种图像传感器，该图像传感器包括：
基板；
形成在所述基板中的感光元件，各个感光元件响应光以生成感光电信号；
抗反射层，该抗反射层形成在所述感光元件上方并被构造为减小光学反射以方便入射光通过所述抗反射层光学透射到所述感光元件；
滤色器，所述滤色器形成在所述抗反射层上方并被布置为在空间上分别与所述感光元件对应，各个滤色器被构造为选择所述入射光中的指定颜色透射通过到对应感光元件；
分隔图案，所述分隔图案形成在所述抗反射层上方并被布置为在空间上分别与所述感光元件对应，以将所述感光元件上方的光接收区域分隔成单独的多个光接收区域，各个分隔图案包围对应滤色器以与相邻滤色器分离；
凹槽，所述凹槽形成在所述分隔图案的上部中，并在相邻分隔图案之间提供气隙；以及
微透镜，所述微透镜形成在所述分隔图案和所述滤色器上方以分别将入射光通过所述滤色器引导到所述感光元件，
其中，所述微透镜通过所述凹槽彼此分离。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述凹槽的下端凹陷以低于所述滤色器的顶表面。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在俯视图中，所述分隔图案和所述凹槽按照彼此交叠的网格形式布置。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
防眩光层，所述防眩光层适形地形成在所述微透镜的表面上以减少眩光并延伸以填充所述凹槽。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述分隔图案包括折射率低于所述滤色器的聚合物有机材料或无机材料。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述微透镜具有低于所述滤色器的折射率。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述分隔图案具有低于所述微透镜的折射率。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述分隔图案和所述微透镜包括相同的材料。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述分隔图案的顶表面被定位在比所述滤色器的顶表面高的水平处。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
设置在所述抗反射层和所述分隔图案之间的栅格图案，
其中，所述栅格图案包括金属。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，在俯视图中，所述栅格图案、所述分隔图案和所述凹槽按照彼此交叠的网格形式布置。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述分隔图案具有大于所述栅格图案的水平宽度以包围所述栅格图案的侧表面。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述分隔图案包括具有相对小的水平宽度的下部以及具有相对大的水平宽度的上部。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述分隔图案的所述下部的宽度小于栅格图案的宽度。
15.一种图像传感器，该图像传感器包括：
基板；
感光元件，所述感光元件设置在所述基板中以将光转换为表示图像的感光信号；
抗反射层，该抗反射层设置在所述基板上方以减少入射光的光学反射；
分隔图案，所述分隔图案设置在所述抗反射层上方；
滤色器，所述滤色器设置在多个所述分隔图案之间以选择所述入射光中的期望颜色通过所述滤色器以用于图像感测；
微透镜，所述微透镜设置在所述滤色器上方以引导入射光通过所述滤色器到达所述感光元件；以及
防眩光层，所述防眩光层是光学透明的并且形成在所述微透镜的表面上方以减少眩光，
其中，所述分隔图案具有低于所述滤色器的折射率。
16.根据权利要求15所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
凹槽，所述凹槽形成在所述分隔图案的上部中，并提供气隙，
其中，多个所述微透镜在物理上彼此分离，并且按照具有行和列的矩阵形状布置，在俯视图中所述微透镜具有岛形状。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述凹槽的下端凹陷以低于所述滤色器的顶表面。
18.根据权利要求15所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
栅格图案，所述栅格图案形成在所述抗反射层和所述分隔图案之间，并且与所述分隔图案在垂直方向交叠，
其中，所述分隔图案包括聚合物有机材料或无机材料，并且
其中，所述栅格图案包括金属。
19.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述分隔图案包括折射率低于所述滤色器的聚合物有机材料或无机材料。
20.根据权利要求15所述的图像传感器，其中，所述分隔图案具有低于所述微透镜的折射率。
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