CN110620121A - 具有嵌入在防反射层中的栅格图案的图像传感器 - Google Patents

具有嵌入在防反射层中的栅格图案的图像传感器 Download PDF

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Abstract

具有嵌入在防反射层中的栅格图案的图像传感器。一种图像传感器可包括：多个光电转换元件，其形成在基板中，并且多个隔离区域设置在多个光电转换元件之间；防反射层，其形成在基板上方；多个栅格图案，其形成在防反射层上方；多个滤色器，其介于多个栅格图案之间；以及微透镜，其形成在滤色器上方。各个栅格图案可包括上栅格部分和下栅格部分，并且下栅格部分的底部被嵌入在防反射层中。

Description

具有嵌入在防反射层中的栅格图案的图像传感器
技术领域
本文献所公开的技术和实现方式涉及一种在相邻滤色器之间具有栅格图案的图像传感器及其制造方法。
背景技术
随着近来信息通信行业的发展和电子装置的数字化，增强图像传感器用在诸如数字相机、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的各种领域中。通常，图像传感器具有包括响应于入射光生成光电子的光电二极管的像素区域以及处理与所生成的光电子对应的信号的外围区域。单位像素包括光电二极管和传输晶体管。传输晶体管被设置在光电二极管和浮置扩散区域之间，并且将光电二极管所生成的电荷传输到浮置扩散区域。
发明内容
各种实施方式提供了一种具有嵌入在防反射层中的栅格图案的图像传感器。
另外，各种实施方式提供了一种具有形成在栅格图案的侧表面上的侧反射层的图像传感器。
另外，各种实施方式提供了一种包括在材料上彼此连续的防反射层和隔离区域的图像传感器。
另外，各种实施方式提供了一种包括适形地形成在防反射层的顶表面和栅格图案的表面上的涂层的图像传感器。
另外，各种实施方式提供了一种包括上述图像传感器的相机系统。
另外，各种实施方式提供了一种用于制造具有嵌入在防反射层中的栅格图案的图像传感器的方法。
另外，各种实施方式提供了一种用于制造形成在栅格图案的侧表面上的侧反射层的方法。
另外，各种实施方式提供了一种用于制造图像传感器的方法，该图像传感器包括在材料上彼此连续的防反射层和隔离区域。
另外，各种实施方式提供了一种用于制造图像传感器的方法，该图像传感器包括适形地形成在防反射层的顶表面和栅格图案的表面上的涂层。
在实施方式中，一种图像传感器可包括：多个光电转换元件，其形成在基板中，各个光电转换元件响应光以生成光感测电信号；隔离区域，其设置在相邻光电转换元件之间并且被配置为将多个光电转换元件彼此隔离；防反射层，其形成在基板上方以减小光学反射，以通过防反射层方便入射到光电转换元件的光的光学透射；多个栅格图案，其形成在防反射层上方以分离光电转换元件上方的空间，光电转换元件通过所述空间接收入射光；以及多个滤色器，其布置在多个栅格图案之间，各个滤色器被构造为选择入射光中的指定颜色透射通过对应光电转换元件；以及多个微透镜，其分别形成在滤色器上方以将入射光通过滤色器引导到光电转换元件。各个栅格图案可包括上栅格部分以及设置在上栅格部分下方的下栅格部分，并且下栅格部分的底部被嵌入在防反射层中。
上栅格部分可具有大于下栅格部分的水平宽度。
上栅格部分的侧表面可具有第一倾斜。下栅格部分的侧表面可具有第二倾斜。第二倾斜可比第一倾斜更垂直于基板的表面。
该图像传感器还可包括形成在栅格图案的两个侧表面上的侧反射层。
侧反射层可与滤色器接触。
侧反射层可具有小于滤色器的折射率。
上栅格部分的顶表面可具有与侧反射层基本上相同的水平宽度。
侧反射层可具有在垂直方向平坦的侧表面。
侧反射层的上部的平均水平厚度可小于侧反射层的下部的平均水平厚度。
该图像传感器还可包括涂层，该涂层按照衬垫形状形成在防反射层的顶表面和栅格图案的表面上。
侧反射层可具有低于涂层的折射率。
各个隔离区域可包括下隔离区域和上隔离区域。下隔离区域可包括离子注入区域。上隔离区域可包括形成在基板中所形成的隔离沟槽中的单元隔离区域。
单元隔离区域可包括形成在隔离沟槽中的外单元隔离区域、中单元隔离区域和内单元隔离区域。外单元隔离区域可覆盖中单元隔离区域的侧表面，并且中单元隔离区域可覆盖内单元隔离区域的侧表面。
防反射层可包括下单元防反射层、中单元防反射层和上单元防反射层。
下单元防反射层和外单元隔离区域可包括第一材料，中单元防反射层和中单元隔离区域可包括第二材料，并且上单元防反射层和内单元隔离区域可包括第三材料。
在实施方式中，一种图像传感器可包括：多个光电转换元件，其形成在基板中，并且多个隔离区域设置在多个光电转换元件之间；防反射层，其形成在基板上方；多个栅格图案，其形成在防反射层上方；侧反射层，其形成在栅格图案的侧表面上；多个滤色器，其介于多个栅格图案之间；以及微透镜，其形成在滤色器上方。侧反射层可具有低于所述滤色器的折射率。
栅格图案的底部可被嵌入在防反射层中。
该图像传感器还可包括形成在栅格图案和侧反射层之间的涂层。
该涂层可延伸到防反射层的顶表面上。
隔离区域可包括形成在基板中所形成的隔离沟槽中的外单元隔离区域、中单元隔离区域和内单元隔离区域。防反射层可包括下单元防反射层、中单元防反射层和上单元防反射层。
下单元防反射层和外单元隔离区域可包括第一材料，中单元防反射层和中单元隔离区域可包括第二材料，并且上单元防反射层和内单元隔离区域可包括第三材料。
附图说明
图1是示意性地示出根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的框图的示例。
图2是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的示意性纵向截面图的示例。
图3A和图3B是图2所示的图像传感器的放大纵向截面图。
图4是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的示意性纵向截面图的示例。
图5A和图5B是图4所示的图像传感器的放大纵向截面图。
图6A和图6B是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的示意性纵向截面图的示例。
图7A和图7B示出根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的效果。
图8A至图8F示出根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的制造方法。
图9A、图9B、图10A至图10C、图11A和图11B示出根据所公开的技术的各种实施方式的图像传感器的制造方法。
图12是示意性地示出具有根据所公开的技术的实施方式的图像传感器的电子装置的图的示例。
具体实施方式
所公开的技术可被实现为提供一种表现出改进的特性的图像传感器。在一些实现方式中，所公开的图像传感器可防止或减小诸如相邻像素之间发生的串扰的不期望的特性。例如，所公开的技术提出了栅格图案，其被构造为帮助减少最初入射在第一像素上但被传输到与第一像素相邻的第二像素的光的量。在一些实现方式中，所公开的技术还可被实现为改进图像传感器的量子效率。
贯穿说明书，相同的标号指代相同的元件。因此，尽管在对应附图中未提及或描述相同或相似的标号，可参照其它附图来描述所述标号。此外，尽管没有由标号来表示元件，可参照其它附图来描述所述元件。
图1是示意性地示出根据实施方式的图像传感器800的框图的示例。参照图1，根据本实施方式的图像传感器可包括像素阵列810、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可包括按照矩阵结构以行和列布置的多个像素。各个像素块815可包括成像像素块，各个成像像素可包括将光转换为电荷、电压或电流信号的至少一个感光元件并且这种感光元件可通过光电二极管、光电晶体管、光电门或者能够将光转换为像素信号(例如，电荷、电压或电流)的其它光敏电路来实现。多个像素可将光学图像信息转换为电图像信号并通过对应列线将电图像信号传输到CDS 820。多个像素中的每一个可联接到多条行线中的一条和多条列线中的一条。
CDS 820可保持从像素阵列810内的像素块815的像素接收的电图像信号并对这些电图像信号进行采样。例如，CDS 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从像素块815接收的电图像信号的电压电平进行采样，并将与二者之差对应的模拟信号传输到ADC 830。
ADC 830可将所接收的模拟信号转换为表示来自特定像素块815的电图像信号的数字信号并将该数字信号传输到缓冲器840。
缓冲器840可锁存或保持所接收的数字信号，并将锁存或保持的信号依次输出到图像信号处理器(未示出)。缓冲器840可包括用于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。例如，行驱动器850可生成用于从多条行线当中选择一条行线的选择信号和/或用于驱动行线的驱动信号。
定时发生器860可生成用于控制CDS 820、ADC 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的控制来生成用于控制从缓冲器840输出的图像信号的斜坡信号。
图2是根据实施方式的图像传感器100A的示意性纵向截面图的示例。参照图2，图像传感器100A可包括形成在基板10中的光电转换元件PD、表面掺杂区域15、隔离区域20和25以及浮置扩散区域31。图像传感器100A还可包括形成在基板10的底表面上的传输门32、下层间介电层33和传输布线34以及形成在基板10的顶表面上的防反射层40、栅格图案50、滤色器60和微透镜65。
基板10可包括单晶硅晶圆或外延生长的单晶硅层。基板10可包括P型离子。光电转换元件PD可包括形成在基板10中的离子注入区域。例如，光电转换元件PD可包括掺杂有N型离子(例如，磷(P)或砷(As))的N型离子注入区域。光电转换元件PD还可包括掺杂有P型离子(例如，硼(B))的P型离子注入区域。光电转换元件PD可接收光并响应于所接收的光生成光电荷。光电转换元件PD可通过光感测器件或电路(包括光电二极管、光电晶体管、光电门或者能够将光转换为像素信号(例如，电荷、电压或电流)的其它光敏电路)来实现。表面掺杂区域15可形成在基板10中光电转换元件PD和基板10的底表面之间。由于光电转换元件PD作为基板10的部分包括在基板中，所以光电转换元件PD由虚线表示。
隔离区域20和25可位于相邻光电转换元件PD或像素之间，并且可被构造为将光电转换元件PD彼此电隔离和物理隔离。隔离区域20和25可包括上隔离区域20和下隔离区域25。上隔离区域20可包括填充形成在基板10中相邻光电转换元件PD或像素之间的隔离沟槽Ti的绝缘体。下隔离区域25可包括注入到基板10中相邻光电转换元件PD或像素之间的P型离子。在此设计下，下隔离区域25可包括P型离子注入区域。上隔离区域20的底表面和侧表面可被下隔离区域25覆盖或与下隔离区域25交界。因此，上隔离区域20可与光电转换元件PD隔离。
浮置扩散区域31可形成在基板10中以抵接基板10的底表面。浮置扩散区域31可包括N型离子注入区域。传输门32可将光电转换元件PD中生成的光电荷传输到浮置扩散区域31。由于浮置扩散区域31也是基板10的部分，所以浮置扩散区域31由虚线表示。
下层间介电层33可形成在基板10的底表面上以覆盖并包围传输门32和传输布线34。下层间介电层33可包括诸如氧化硅的绝缘体。传输布线34可包括诸如金属的导体。传输布线34可具有在水平方向上延伸的线形状。
防反射层40可形成在基板10的顶表面上以具有平坦的顶表面。防反射层40可包括介电材料并且用于减少入射在图像感测装置100上的光的反射，因此可改进光电能量传输的效率。防反射层40将在本说明书中稍后参照其它附图详细描述。
栅格图案50可形成在基板10上方以防止诸如相邻光电转换元件PD或像素之间的光学串扰的不期望的效果。栅格图案50可位于隔离区域20和25上方以物理地划分光电转换元件PD或像素上方的空间，并且可被构造为光学不透明的以提供相邻光电转换元件PD或像素之间的光学隔离或分离。在一些实现方式中，滤色器60可分别位于光电转换元件PD或像素上方，使得一个PD或像素上方一个滤色器，并且相应地，栅格图案50可位于两个相邻的滤色器60之间并且具有与相邻的光电转换元件PD或像素之间的隔离区域20和25交叠的布局。作为具体示例，当从顶部看时，栅格图案60可具有与光电转换元件PD或像素的阵列的图案关联的网形状。在一些实现方式中，栅格图案50可具有栅栏或墙壁形状。在一些实现方式中，栅格图案50可具有螺柱形纵向截面结构。各个栅格图案50可包括具有相对缓倾斜的侧表面的主体以及具有相对急倾斜的侧表面的头部或末端。因此，栅格图案50可具有至少两个部分，其具有两个不同的倾斜轮廓。在此设计中，主体可被称为下栅格部分51，头部可被称为上栅格部分56。下栅格部分51的底部可被嵌入或镶嵌在防反射层40中。上栅格部分56可具有平坦的顶表面。栅格图案50可包括光学不透明材料，这包括光学吸收性的或者说具有阻挡光学透射的性质的材料，例如诸如钨(W)的金属。
在栅格图案50之间，可形成滤色器60。滤色器60的下部可通过栅格图案50彼此分离，滤色器60的上部可彼此抵接。在这种情况下，滤色器60的上部可被称为滤色器的位于栅格图案50的上栅格部分56上方的部分。微透镜65可形成在滤色器60上并且与基板10中的光电转换元件PD光学对应。
图3A和图3B是图2所示的图像传感器100A的放大纵向截面图。参照图3A，图像传感器100A的防反射层40包括多个单元防反射层41至43。在一些实现方式中，防反射层40可包括下单元防反射层41、中单元防反射层42和上单元防反射层43。例如，下单元防反射层41可包括诸如氧化铝(Al2O3)的绝缘体。中单元防反射层42可包括诸如氧化铪(HfO2)的绝缘体。上单元防反射层43可包括具有优异间隙填充性能(例如高纵横比工艺(HARP))的氧化硅。由于下单元防反射层41和中单元防反射层42包括金属氧化物，所以包括下单元防反射层41和中单元防反射层42的防反射层40可牵引(pull)空穴并形成更靠近光电转换元件PD的顶表面的空穴累积区域作为固定电荷层。因此，光电能量传输的效率可改进。
图像传感器100A的上隔离区域20可包括多个单元隔离区域21至23。具体地，上隔离区域20可包括外单元隔离区域21、中单元隔离区域22和内单元隔离区域23。在一些实现方式中，外单元隔离区域21可覆盖中单元隔离区域22的侧表面，并且中单元隔离区域22可覆盖内单元隔离区域23的侧表面。例如，外单元隔离区域21可包括诸如氧化铝(Al2O3)的绝缘体。中单元隔离区域22可包括诸如氧化铪(HfO2)的绝缘体。内单元隔离区域23可包括具有优异间隙填充性能(例如，HARP)的氧化硅。外单元隔离区域21可按照适形的衬垫形状形成在隔离沟槽Ti的内壁上。中单元隔离区域22可按照适形的衬垫形状形成在外单元隔离区域21上。内单元隔离区域23可填充中单元隔离区域22中/之间的间隙。由于外单元隔离区域21和中单元隔离区域22包括金属氧化物，所以包括外单元隔离区域21和中单元隔离区域22的上隔离区域20可牵引空穴并形成更靠近光电转换元件PD的侧表面的空穴累积区域作为固定电荷层。因此，光电能量传输的效率可改进。
下单元防反射层41和外单元隔离区域21可在材料上彼此连续。因此，下单元防反射层41和外单元隔离区域21可包括相同的材料。中单元防反射层42和中单元隔离区域22可在材料上彼此连续。因此，中单元防反射层42和中单元隔离区域22可包括相同的材料。上单元防反射层43和内单元隔离区域23可在材料上彼此连续。因此，上单元防反射层43和内单元隔离区域23可包括相同的材料。
栅格图案50的下栅格部分51的底部可被嵌入或镶嵌在防反射层40中。例如，栅格图案50的下栅格部分51的底部可被设置在防反射层40的上单元防反射层43中。在另一实施方式中，栅格图案50的下栅格部分51的底部可与防反射层40的中单元防反射层42接触。
参照图3B，图像传感器100A还可包括按照适形衬垫形状形成在防反射层40的顶表面和栅格图案50的表面上的涂层70。涂层70可包括氮氧化硅、氮化硅、氧化硅和/或其组合。在另一实施方式中，涂层70可具有高于滤色器60的折射率。在另一实施方式中，涂层70可具有低于滤色器60的折射率。
图4是根据实施方式的图像传感器100B的示意性纵向截面图。参照图4，与图2所示的图像传感器100A相比，图像传感器100B还可包括形成在栅格图案50的两个侧表面上的侧反射层75。侧反射层75将在本专利文献中稍后参照其它附图更详细地描述。没有结合图4具体地描述的其它组件将参照图2来理解。
图5A和图5B是图4所示的图像传感器100B的放大纵向截面图。参照图5A，图像传感器100B还可包括形成在栅格图案50的两个侧表面上的侧反射层75。侧反射层15可被配置为进一步帮助相邻像素之间的隔离和/或分离。在一些实现方式中，侧反射层75可形成在栅格图案50的下栅格部分51和上栅格部分56的侧表面上。侧反射层75可沿着与基板10的表面垂直的方向具有在垂直方向平坦的外表面。侧反射层75的尺寸可关于栅格图案50的尺寸来确定。例如，栅格图案50的上栅格部分56的顶表面的宽度W1可与侧反射层75的外表面之间的距离W2相似或基本上相等(W1＝W2)。在一些实现方式中，侧反射层75的上部的平均水平厚度ta可小于侧反射层75的下部的平均水平厚度tb(ta<tb)。这是因为侧反射层75的上部周围的栅格图案50具有宽度在向下方向上减小的形状。侧反射层75可具有低于滤色器60的折射率。因此，入射光可在滤色器60与侧反射层75之间的界面处被全反射，并且光损失可减小。侧反射层75可包括聚合物有机材料。
参照图5B，图像传感器100B还可包括形成在栅格图案50和侧反射层75之间的涂层65。在一些实现方式中，涂层65可按照适形的衬垫形状形成在防反射层40的顶表面和栅格图案50的表面上。涂层65将参照图3B来理解。侧反射层75可具有低于涂层65的折射率。
图6A和图6B是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器100C和100D的示意性纵向截面图。参照图6A和图6B，图像传感器100C和100D可包括上隔离区域20，在上隔离区域20的绝缘体材料内部形成有孔洞V。孔洞V可包括气隙。参照图3A和图5A，孔洞V可位于隔离沟槽Ti内的内单元隔离区域23中。在这种情况下，孔洞V可被内单元隔离区域23包围。由于孔洞V是气隙，所以孔洞V具有低于隔离区域20(21、22和23)的折射率和介电常数。因此，入射光可在隔离区域20与孔洞V之间的界面处被全反射。此外，由于孔洞V的较低寄生电容，光电转换效率可改进。本文中未描述的图6A的图像传感器100C的组件将能够参照图2、图3A和图3B来理解，并且本文中未描述的图6B的图像传感器100D的组件将能够参照图4、图5A和图5B来理解。即，图6A所示的图像传感器100C还可包括参照图3A和图3B描述的实施方式的技术构思，图6B所示的图像传感器100D还可包括参照图5A和图5B描述的实施方式的技术构思。
图7A和图7B示出根据所公开的技术的一些实现方式的图像传感器100A至100D的效果。参照图7A，图像传感器可包括彼此相邻布置的左光电转换元件PDL和右光电转换元件PDR，并且左滤色器60L和右滤色器60R分别设置在左光电转换元件PDL和右光电转换元件PDR上方。如本专利文献中先前描述的，栅格图案50布置在左滤色器60L和右滤色器60R之间并且包括上栅格部分56以及设置在上栅格部分56下方的下栅格部分51。下栅格部分51的底部可被嵌入或镶嵌在防反射层40中。嵌入或镶嵌在防反射层40中的栅格图案50的下栅格部分51可阻挡倾斜地入射在左滤色器60L上的光Li1并且防止入射光Li1交叉入射在右光电转换元件PDR上。在这种情况下，嵌入在防反射层40中的栅格图案50的下栅格部分51可反射倾斜地入射在左滤色器60L上的光Li1，并且从栅格图案50的下栅格部分51反射的光Li1可入射在左光电转换元件PDL上。当不存在嵌入在防反射层40中的栅格图案50的下栅格部分51时，通过左滤色器60L倾斜地入射的光Li1可入射在右光电转换元件PDR上(指示为Lt1)，从而导致相邻PDR和PDL之间的不期望的串扰。由于被嵌入在防反射层40中的栅格图案50的下栅格部分51的底部反射的光Lr1入射在左光电转换元件PDL上，所以可防止串扰。对称地，即使当入射光Li1通过右滤色器60R时，被嵌入在防反射层40中的栅格图案50的下栅格部分51的底部反射的光Lr1也可入射在右光电转换元件PDR上。
图7B示出侧反射层75被设置在栅格图案50的侧表面上的实现方式。参照图7B，入射在左滤色器60L上的光Li2可被形成在栅格图案50的侧表面上的侧反射层75全反射，并且全反射的光Lr2可入射在左光电转换元件PDL上。假设不存在侧反射层75，则在入射光Li2被栅格图案50部分地吸收的同时，反射到左光电转换元件PDL中的光Lr2的强度可减小。参照图3B和图5B，一部分入射光Li2可被涂层70吸收，这导致反射回左光电转换元件PDL的反射光Lr2的强度减小。以相同的方式，如果入射光通过右滤色器60R，则光可被栅格图案50的侧表面上的侧反射层75全反射，并且反射的光可入射在右光电转换元件PDR上。因此，侧反射层75使得可进一步减少导致串扰的光的量，从而改进图像传感器的特性。
图8A至图8F示出根据实施方式的图像传感器的制造方法。
参照图8A，图像传感器的制造方法可包括在基板10中形成光电转换元件PD、表面掺杂区域15、下隔离区域25、浮置扩散区域31、传输门32、下层间介电层33和传输布线34，并且在下隔离区域25中形成隔离沟槽Ti。
基板10可包括单晶硅晶圆或外延生长单晶硅层。
光电转换元件PD的形成可包括通过执行离子注入工艺来向基板10中注入N型离子(例如，P或As)。
表面掺杂区域15的形成可包括通过执行离子注入工艺来向基板10中注入P型离子(例如，硼(B))。表面掺杂区域15可抵接基板10的底表面。
下隔离区域25的形成可包括通过执行离子注入工艺来在基板10中在光电转换元件PD之间注入P型离子(例如，B)。形成光电转换元件PD的工艺和形成表面掺杂区域15的工艺以及形成下隔离区域25的工艺的顺序可改变。
浮置扩散区域31的形成可包括通过执行离子注入工艺来向基板10中注入N型离子(例如，P或As)。
传输门32的形成可包括在基板10的底表面上形成栅极介电层，在栅极介电层上形成导电层，并且通过构图工艺对导电层和栅极介电层进行构图。传输门32可包括诸如掺杂硅、金属硅化物、金属氧化物或金属的导体。下层间介电层33的形成可包括通过执行沉积工艺形成绝缘体以覆盖传输门32。传输布线34的形成可包括沉积工艺和构图工艺或镶嵌工艺。传输布线34可具有嵌入在下层间介电层33中并水平延伸的线形状。
隔离沟槽Ti的形成可包括在基板10的顶表面上形成掩模图案(未示出)，并执行蚀刻工艺。隔离沟槽Ti可在与下隔离区域25在垂直方向交叠的同时与光电转换元件PD隔离。
参照图8B，该方法可包括形成防反射层40，并在防反射层40上形成阻挡层45。防反射层40的形成可包括执行沉积工艺。防反射层40可形成在基板10上以填充隔离沟槽Ti。防反射层40可具有平坦的顶表面。返回参照图3A，防反射层40的形成可包括在隔离沟槽Ti中形成外单元隔离区域21、中单元隔离区域22和内单元隔离区域23，并在基板10的顶表面上形成下单元防反射层41、中单元防反射层42和上单元防反射层43。外单元隔离区域21和下单元防反射层41可包括相同的材料并且同时形成。例如，外单元隔离区域21和下单元防反射层41可包括诸如氧化铝(Al2O3)的绝缘体。中单元隔离区域22和中单元防反射层42可包括相同的材料并且同时形成。例如，中单元隔离区域22和中单元防反射层42可包括诸如氧化铪(HfO2)的绝缘体。内单元隔离区域23和上单元防反射层43可包括相同的材料并且同时形成。例如，内单元隔离区域23和上单元防反射层43可包括诸如氧化硅(SiO2)的绝缘体。阻挡层45可包括比上单元防反射层43硬的绝缘体，因此相对于上单元防反射层43具有蚀刻选择性。例如，阻挡层45可包括氮化硅(SiN)或氮氧化硅(SiON)。
参照图8C，该方法可包括在阻挡层45上形成模层46，在模层46上形成掩模图案(未示出)，并通过执行蚀刻工艺形成栅格沟槽Tg。模层46可包括不同于阻挡层45的材料以相对于阻挡层45具有蚀刻选择性。例如，模层46可包括氧化硅。当从顶部看时，栅格沟槽Tg可具有网形状以与隔离区域20和25交叠。栅格沟槽Tg可具有螺柱形纵向截面。例如，栅格沟槽Tg可具有宽度相对小的下部和宽度相对大的上部。栅格沟槽Tg的侧表面可倾斜。例如，栅格沟槽Tg的上部的侧表面可相对急地倾斜，栅格沟槽Tg的下部的侧表面可相对缓地倾斜。防反射层40可部分地凹陷，使得栅格沟槽Tg的下栅格部分51的底部被设置在防反射层40中。
参照图8D，该方法可包括通过利用栅格材料填充栅格沟槽Tg来形成栅格图案50，栅格图案50各自具有下栅格部分51和上栅格部分56。例如，栅格图案50的形成可包括执行沉积工艺和蚀刻工艺，或者执行镶嵌工艺。在一些实现方式中，该方法可包括执行化学机械抛光(CMP)工艺。栅格沟槽Tg的下栅格部分51的底部可被嵌入在防反射层40中。
参照图8E，该方法可包括通过执行蚀刻工艺去除模层46和阻挡层45。蚀刻工艺可包括用于去除模层46的第一工艺和用于去除阻挡层45的第二工艺。例如，第一工艺和第二工艺中的每一个可包括湿法蚀刻工艺。
参照图8F，该方法可包括在栅格图案50之间形成滤色器60。滤色器60的形成可包括在栅格图案50之间形成包含颜料的树脂并执行光刻工艺。然后，该方法可包括参照图2在滤色器60上形成微透镜65。
图9A和图9B示出根据实施方式的图像传感器的制造方法。
参照图9A，图像传感器的制造方法可包括通过执行参照图8A至图8F描述的工艺在基板10中形成光电转换元件PD、表面掺杂区域15、下隔离区域25、浮置扩散区域31、传输门32、下层间介电层33、传输布线34、上隔离区域20、防反射层40和栅格图案50，并在防反射层40的顶表面和栅格图案50的表面上形成涂层70。涂层70的形成可包括执行沉积工艺。涂层70可具有适形衬垫形状。涂层70可具有单层或多层结构。例如，涂层70可包括氮氧化硅(SiON)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)或其组合中的一种。
参照图9B，该方法可包括在栅格图案50之间形成滤色器60。然后，该方法可包括如参照图2和图3B所述在滤色器60上形成微透镜65。
图10A至图10C示出根据实施方式的图像传感器的制造方法。
参照图10A，该方法可包括通过执行参照图8A至图8F描述的工艺在基板10中形成光电转换元件PD、表面掺杂区域15、下隔离区域25、浮置扩散区域31、传输门32、下层间介电层33、传输布线34、上隔离区域20、防反射层40和栅格图案50，并通过涂覆工艺在防反射层40上形成低折射率绝缘体75a，使得绝缘体75a覆盖栅格图案50。低折射率绝缘体75a可包括聚合物有机材料。
参照图10B，该方法可包括通过各向同性地蚀刻低折射率绝缘体75a来形成侧反射层75。侧反射层75可形成在栅格图案50的侧表面上。侧反射层75可形成在上栅格部分56下方以具有在垂直方向平坦的侧表面。因此，栅格图案50的上栅格部分56的顶表面的水平宽度可与侧反射层75的水平宽度相似或基本上相等。
参照图10C，该方法可包括在栅格图案50之间形成滤色器60。滤色器60可与侧反射层75接触。侧反射层75可具有低于滤色器60的折射率。然后，该方法还可包括如参照图4和图5A所述在滤色器60上形成微透镜65。
图11A和图11B示出根据实施方式的图像传感器的制造方法。
参照图11A，图像传感器的制造方法可包括通过执行参照图8A至图8F描述的工艺在基板10中形成光电转换元件PD、表面掺杂区域15、下隔离区域25、浮置扩散区域31、传输门32、下层间介电层33、传输布线34、上隔离区域20、防反射层40和栅格图案50，通过执行参照图9A描述的工艺在防反射层40的顶表面和栅格图案50的表面上形成涂层70，并通过执行参照图10A和图10B描述的工艺形成侧反射层75。侧反射层75可直接形成在栅格图案50的表面上的涂层70上。用于形成各个组件的工艺将能够参照其它附图来理解。
参照图11B，该方法可包括在栅格图案50之间或侧反射层75之间形成滤色器60。然后，该方法可包括在滤色器60上形成微透镜65。
图12示意性地示出具有根据实施方式的图像传感器100A至100D中的一个的相机系统900。参照图12，具有根据本实施方式的各种图像传感器100A至100D中的一个的相机系统900可拍摄静止图像或运动图像。相机系统900可包括光学透镜系统910、快门单元911、图像传感器800、驱动器913和信号处理器912。驱动器913可控制/驱动快门单元911。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100D中的一个。相机系统900可将来自对象的图像光(入射光)Li引导到图像传感器800的像素阵列(参照图1的标号“810”)。光学透镜系统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。驱动器913可控制图像传感器800的传输操作和快门单元911的快门操作。信号处理器912可处理从图像传感器800输出的各种类型的信号。所处理的图像信号Dout可被存储在诸如存储器的存储介质中，或者被输出到监视器等。
根据本实施方式，由于图像传感器包括嵌入在防反射层中的栅格图案，所以可防止光横越到相邻光电转换元件。因此，可防止或减少相邻光电转换元件之间的串扰。
由于图像传感器包括折射率低于滤色器的侧反射层，所以可防止光被栅格图案等吸收。因此，图像传感器的量子效率可改进。
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，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6月19日提交的韩国专利申请No.10-2018-0070099的优先权和权益，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：
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件形成在基板中，各个光电转换元件响应光以生成光感测电信号；
多个隔离区域，所述多个隔离区域设置在相邻光电转换元件之间并且被配置为将所述多个光电转换元件彼此隔离；
防反射层，该防反射层形成在所述基板上方以减小光学反射，以通过所述防反射层方便入射到所述光电转换元件的光的光学透射；
多个栅格图案，所述多个栅格图案形成在所述防反射层上方以分离所述多个光电转换元件上方的空间，所述光电转换元件通过所述空间接收入射光；
多个滤色器，所述多个滤色器布置在所述多个栅格图案之间，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对应光电转换元件；以及
多个微透镜，所述多个微透镜分别形成在所述多个滤色器上方以将入射光通过所述滤色器引导到所述光电转换元件，
其中，各个所述栅格图案包括上栅格部分以及设置在所述上栅格部分下方的下栅格部分，并且
所述下栅格部分的底部被嵌入在所述防反射层中。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述上栅格部分具有比所述下栅格部分的水平宽度大的水平宽度。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述上栅格部分的侧表面具有第一倾斜，
所述下栅格部分的侧表面具有第二倾斜，并且
所述第二倾斜比所述第一倾斜更垂直于所述基板的表面。
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：
侧反射层，所述侧反射层形成在所述栅格图案的侧表面上。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述侧反射层与所述滤色器接触。
6.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述侧反射层具有比所述滤色器的折射率小的折射率。
7.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述上栅格部分的顶表面具有与所述侧反射层基本上相同的水平宽度。
8.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述侧反射层具有在垂直方向平坦的侧表面。
9.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述侧反射层的上部的平均水平厚度小于所述侧反射层的下部的平均水平厚度。
10.根据权利要求4所述的图像传感器，该图像传感器还包括：
涂层，该涂层按照衬垫形状形成在所述防反射层的顶表面和所述栅格图案的表面上。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述侧反射层具有比所述涂层的折射率低的折射率。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，各个所述隔离区域包括下隔离区域和上隔离区域，并且
所述下隔离区域包括离子注入区域，并且所述上隔离区域包括形成在所述基板中所形成的隔离沟槽中的单元隔离区域。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述单元隔离区域包括形成在所述隔离沟槽中的外单元隔离区域、中单元隔离区域和内单元隔离区域，并且
所述外单元隔离区域覆盖所述中单元隔离区域的侧表面，并且所述中单元隔离区域覆盖所述内单元隔离区域的侧表面。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述防反射层包括下单元防反射层、中单元防反射层和上单元防反射层。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述下单元防反射层和所述外单元隔离区域包括第一材料，
所述中单元防反射层和所述中单元隔离区域包括第二材料，并且
所述上单元防反射层和所述内单元隔离区域包括第三材料。
16.一种图像传感器，该图像传感器包括：
多个光电转换元件，所述多个光电转换元件形成在基板中，并且多个隔离区域设置在所述多个光电转换元件之间；
防反射层，该防反射层形成在所述基板上方；
多个栅格图案，所述多个栅格图案形成在所述防反射层上方；
侧反射层，该侧反射层形成在所述栅格图案的侧表面上；
多个滤色器，所述多个滤色器介于所述多个栅格图案之间；以及
微透镜，所述微透镜形成在所述滤色器上方，
其中，所述侧反射层具有比所述滤色器的折射率低的折射率。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述栅格图案的底部被嵌入在所述防反射层中。
18.根据权利要求16所述的图像传感器，该图像传感器还包括形成在所述栅格图案和所述侧反射层之间的涂层。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，所述涂层延伸到所述防反射层的顶表面上。
20.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述隔离区域包括形成在所述基板中所形成的隔离沟槽中的外单元隔离区域、中单元隔离区域和内单元隔离区域，
所述防反射层包括下单元防反射层、中单元防反射层和上单元防反射层，
所述下单元防反射层和所述外单元隔离区域包括第一材料，
所述中单元防反射层和所述中单元隔离区域包括第二材料，并且
所述上单元防反射层和所述内单元隔离区域包括第三材料。
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