CN110890389A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种图像传感器及其制造方法。所述图像传感器可以包括：多个单元像素；滤色器阵列，设置在所述多个单元像素上，滤色器阵列包括多个滤色器；抗反射层，设置在所述多个单元像素与滤色器阵列之间；以及栅栏图案，包括埋在抗反射层中的下部和使所述多个滤色器彼此分离的上部。栅栏图案的上部的宽度可以大于下部的宽度。

Description

图像传感器及其制造方法
本申请要求于2018年9月7日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0107279号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的全部内容通过引用包括于此。
技术领域
本公开涉及一种图像传感器，具体地，涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换到电信号中的电子装置。随着最近计算机和通信工业的发展，在诸如数码相机、便携式摄像机、个人通信系统、游戏机、监控摄像机、用于医疗应用的微型相机和/或机器人的各种应用中，对高性能图像传感器的需求有所增加。
图像传感器通常可以分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。由于CMOS图像传感器具有简单的操作方法和可以以其中集成了信号处理电路的单芯片的形式提供，所以能够减小与CMOS传感器一起的产品的尺寸。另外，由于CMOS图像传感器需要相对低的功耗，所以它容易应用于具有有限电池容量的电子装置。此外，CMOS图像传感器可以使用CMOS制造技术来制造，因此，可以降低CMOS的生产成本。此外，CMOS图像传感器可以提供高分辨率图像。因此，CMOS图像传感器的使用正在迅速地增加。
发明内容
发明构思的一些实施例提供了一种改善了光学特性的图像传感器。
根据发明构思的一些实施例，图像传感器可以包括：多个单元像素；滤色器阵列，设置在所述多个单元像素上，滤色器阵列包括滤色器；抗反射层，设置在所述多个单元像素与滤色器阵列之间；以及栅栏图案，包括埋在抗反射层中的下部和与滤色器彼此分离的上部，其中，栅栏图案的上部的宽度可以大于下部的宽度。
根据发明构思的一些实施例，图像传感器可以包括：多个单元像素；滤色器阵列，设置在所述多个单元像素上，滤色器阵列包括滤色器；抗反射层，设置在所述多个单元像素与滤色器阵列之间；以及栅栏图案，包括埋在抗反射层中的下部和与滤色器彼此分离的上部，其中，栅栏图案的上部的宽度大于下部的宽度，抗反射层包括抗反射图案，抗反射图案通过栅栏图案彼此分离并且分别设置在所述多个单元像素上。
根据发明构思的一些实施例，制造图像传感器的方法可以包括：提供包括单元像素的基底；在基底的第一表面上顺序地形成抗反射层和牺牲层；对牺牲层和抗反射层进行图案化以形成沟槽；形成栅栏图案以填充沟槽；去除牺牲层以形成多个开口，所述多个开口中的每个开口通过栅栏图案的侧表面和抗反射层的顶表面限定；以及在所述多个开口中形成滤色器。
附图说明
图1是示出了根据发明构思的一些实施例的图像传感器的框图。
图2是根据发明构思的一些实施例的图像传感器的有源像素传感器阵列的电路图。
图3是示出了根据发明构思的一些实施例的图像传感器的平面图。
图4是沿图3的线I-I'截取的剖视图。
图5A是图4的区域AP的放大图。
图5B至图5J是均示出了根据发明构思的一些实施例的图像传感器的区域(例如，图4的区域AP)的放大剖视图。
图6至图9是沿图3的线I-I'截取以示出根据发明构思的一些实施例的制造图像传感器的方法的剖视图。
图10是示出了根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。
图11是示出了根据发明构思的一些实施例的图像传感器的框图。
图12是根据图11的框图的图像传感器的剖视图。
具体实施方式
现在将参照其中示出了示例性实施例的附图更充分地描述发明构思的示例性实施例。
图1是示出根据发明构思的一些实施例的图像传感器的框图。
参照图1，图像传感器可以包括有源像素传感器阵列1、行解码器2、行驱动器3、列解码器4、时序发生器5、相关双采样器(CDS)6、模数转换器(ADC)7和输入/输出(I/O)缓冲器8。
有源像素传感器阵列1可以包括二维布置的且用于将光学信号转换到电信号的多个单元像素。有源像素传感器阵列1可以被从行驱动器3传输的诸如像素选择信号、重置信号和电荷转移信号的多个驱动信号驱动。转换后的电信号可以被提供到相关双采样器6。
行驱动器3可以被构造为基于被行解码器2解码的结果，将用于驱动多个单元像素的多个驱动信号提供到有源像素传感器阵列1。在单元像素布置成矩阵形状的情况下，驱动信号可以被供应到单元像素的相应行。
时序发生器5可以被构造为将时序信号和控制信号提供到行解码器2和列解码器4。
相关双采样器6可以被构造为接收在有源像素传感器阵列1中产生的电信号并执行对接收到的电信号进行保持和采样的操作。例如，相关双采样器6可以使用电信号的特定噪音电平和信号电平来执行双取样操作，然后输出与噪音电平和信号电平之间的差对应的差电平。
模数转换器7可以被构造为将与从相关双采样器6输出的差电平对应的模拟信号转换为数字信号，然后将转换后的数字信号输出到I/O缓冲器8。
I/O缓冲器8可以被构造为基于被列解码器4解码的结果，锁定数字信号并将锁定后的数字信号顺序地输出到图像信号处理单元(未示出)。
图2是根据发明构思的一些实施例的图像传感器的有源像素传感器阵列的电路图。
参照图1和图2，有源像素传感器阵列1可以包括布置为矩阵形状的多个单元像素PX。每个单元像素PX可以包括传输晶体管TX和逻辑晶体管RX、SX以及DX。逻辑晶体管可以包括重置晶体管RX、选择晶体管SX和驱动晶体管DX。传输晶体管TX可以包括传输栅极TG。每个单元像素PX可以还包括光电转换装置PD和浮置扩散区域FD。
光电转换装置PD可以被构造为产生并且保持光电荷，该光电荷的量与外部入射光的量成比例。光电转换装置PD可以包括光电二极管、光电晶体管、光电栅极、钉扎光电二极管或它们的任意组合。传输晶体管TX可以被构造为将光电转换装置PD中产生的电荷传输到浮置扩散区域FD。在光电转换装置PD中产生的电荷可以被传输到浮置扩散区域FD且在浮置扩散区域FD中累积地存储。可以通过将要被存储在浮置扩散区域FD中的光电荷的量来控制驱动晶体管DX。
重置晶体管RX可以被构造为周期性地释放存储在浮置扩散区域FD中的光电荷。重置晶体管RX可以包括连接到浮置扩散区域FD的漏电极和连接到电源电压VDD的源电极。如果重置晶体管RX导通，则电源电压VDD可以通过重置晶体管RX的源电极施加到浮置扩散区域FD。因此，存储在浮置扩散区域FD中的电荷可以通过处于导通状态中的重置晶体管RX被释放，而且作为结果，浮置扩散区域FD可以处于重置状态。
驱动晶体管DX可以用作源极跟随缓冲放大器。驱动晶体管DX可以被构造为对浮置扩散区域FD的电位的变化进行放大并将放大后的信号输出到输出线VOUT。
选择晶体管SX可以用于选择单元像素PX的每一行以用于读取操作。如果选择晶体管SX导通，则电源电压VDD可以施加到驱动晶体管DX的漏电极。
图3是示出了根据发明构思的一些实施例的图像传感器的平面图。图4是沿图3的线I-I'截取的剖视图。
参照图2、图3、图4和图5A，根据发明构思的示例性实施例的图像传感器可以包括光电转换层10、互连层20和光学透明层30。光电转换层10可以插置在互连层20与光学透明层30之间。光电转换层10可以包括半导体基底100和设置在半导体基底100中的光电转换区域110。光电转换区域110可以将从外侧入射的光转换为电信号。
半导体基底100可以具有彼此相对的前表面或第一表面100a和后表面或第二表面100b。互连层20可以设置在半导体基底100的第一表面100a上，光学透明层30可以设置在半导体基底100的第二表面100b上。
互连层20可以包括第一布线212和第二布线213。传输晶体管TX可以电连接到光电转换区域110。第一布线212和第二布线213可以穿过形成在第一夹层绝缘层221中的过孔VI竖直地连接到传输晶体管TX以及逻辑晶体管RX、SX和DX。互连层20可以被构造为处理在光电转换区域110中转换的电信号。第一布线212和第二布线213可以分别设置在堆叠在半导体基底100的第一表面100a上的第二夹层绝缘层222和第三夹层绝缘层223中。在一些实施例中，第一布线212和第二布线213可以不考虑光电转换区域110的布置而布置。换言之，第一布线212和第二布线213可以设置为穿过光电转换区域110。
光学透明层30可以包括抗反射层329、滤色器303和微透镜结构306。光学透明层30可以被构造为收集并过滤外部入射的光然后将光提供到光电转换层10。
半导体基底100可以包括体硅晶圆以及在体硅晶圆上的外延层，在一些实施例中，体硅晶圆和外延层可以是第一导电型(例如，p型)。在某些实施例中，体硅晶圆可以在制造图像传感器的工艺期间去除，在这种情况下，第一导电型的外延层可以作为半导体基底100使用。在某些实施例中，半导体基底100可以是其中形成有第一导电型的阱的体半导体晶圆。在某些实施例中，半导体基底100可以是包括第二导电型(例如，n型)的外延层、第二导电型的体硅晶圆或SOI晶圆的各种基底之一。
半导体基底100可以包括由分离图案101限定的多个单元像素PX。单元像素PX可以在两个方向(例如，第一方向D1和第二方向D2)上二维地布置。换言之，单元像素PX可以在第一方向D1和第二方向D2上布置以形成矩阵形状。当在平面视图中观察时，分离图案101可以设置为完全地围绕每个单元像素PX。作为示例，分离图案101可以具有网格形状。分离图案101可以防止由入射到每个单元像素PX中的光产生的光电荷通过随机漂移进入邻近的单元像素PX。换言之，分离图案101可以防止在单元像素PX之间发生的串扰现象。
分离图案101可以由折射率低于半导体基底100(例如，硅)的折射率的材料形成或者包括折射率低于半导体基底100的折射率的材料。例如，分离图案101可以由氧化硅层、氧氮化硅层、氮化硅层或多晶硅层形成或者包括氧化硅层、氧氮化硅层、氮化硅层或多晶硅层。
当在竖直剖面中观察时，分离图案101可以从半导体基底100的第一表面100a朝向第二表面100b延伸。作为示例，分离图案101可以设置为竖直地穿透半导体基底100。换言之，分离图案101的深度可以基本上等于半导体基底100的竖直厚度。分离图案101的宽度可以在从半导体基底100的第一表面100a朝向第二表面100b的方向上减小。例如，分离图案101的与第一表面100a相邻的表面具有第一宽度W1，分离图案101的与第二表面100b相邻的相对表面可以具有小于第一宽度W1的第二宽度W2。在某些实施例中，第二宽度W2可以大于第一宽度W1。
光电转换区域110可以分别设置在单元像素PX中。光电转换区域110可以是被掺杂以具有不同于半导体基底100的第一导电型的第二导电型(例如，n型)的杂质区域。作为示例，光电转换区域110可以与半导体基底100的第二表面100b相邻并且可以与第一表面100a竖直地间隔开。在每个光电转换区域110中，在邻近第一表面100a的第一区域与邻近第二表面100b的第二区域之间可以存在杂质浓度的差异。因此，每个光电转换区域110可以在第一表面100a与第二表面100b之间具有非零电位梯度。
半导体基底100和光电转换区域110可以构成光电二极管。在每个单位像素PX中，第一导电型的半导体基底100和第二导电型的光电转换区域110可以构成p-n结光电二极管。构成光电二极管的每个光电转换区域110可以被构造为产生并积聚光电荷，并且这里，光电荷的量可以与入射光的强度成比例。
器件隔离层103可以设置为邻近半导体基底100的第一表面100a以限定第一有源图案ACT1、第二有源图案ACT2和第三有源图案ACT3。器件隔离层103可以包括氧化硅层、氧氮化硅层或氮化硅层。作为示例，分离图案101和器件隔离层103可以彼此连接，从而形成单个主体。
每个单元像素PX可以包括第一有源图案ACT1、第二有源图案ACT2和第三有源图案ACT3。第一有源图案ACT1、第二有源图案ACT2和第三有源图案ACT3可以彼此间隔开并且可以具有至少两个不同尺寸。第一有源图案ACT1可以设置在第二有源图案ACT2与第三有源图案ACT3之间。
包括传输栅极TG的传输晶体管TX可以设置在每个单元像素PX的第一有源图案ACT1上。传输栅极TG可以设置在第一有源图案ACT1上。传输栅极TG可以包括插入到半导体基底100中的下部和连接到该下部并且形成为在半导体基底100的第一表面100a上方突出的上部。栅极介电层GI可以插置在传输栅极TG与半导体基底100之间。浮置扩散区域FD可以形成在第一有源图案ACT1的位于传输栅极TG的一侧的区域中。浮置扩散区域FD可以被掺杂以具有不同于半导体基底100的第一导电型的第二导电型(例如，n型)。
驱动晶体管DX和选择晶体管SX可以设置在每个单元像素PX的第二有源图案ACT2上。驱动晶体管DX可以包括驱动栅极SFG，选择晶体管SX可以包括选择栅极SG。驱动栅极SFG和选择栅极SG可以设置在第二有源图案ACT2上。包括重置栅极RG的重置晶体管RX可以设置在每个单元像素PX的第三有源图案ACT3上。重置栅极RG可以设置在第三有源图案ACT3上。栅极介电层可以插置在驱动栅极SFG、选择栅极SG和重置栅极RG的每个与半导体基底100之间。杂质区域可以设置在位于驱动栅极SFG、选择栅极SG和重置栅极RG的每个的两侧处的第二有源图案ACT2和第三有源图案ACT3的上部区域中。例如，杂质区域可以被掺杂以具有不同于半导体基底100的第一导电型的第二导电型(例如，n型)。
抗反射层329可以设置在半导体基底100的第二表面100b上。如图5A中所示，抗反射层329可以包括顺序地堆叠在第二表面100b上的第一子层321、第二子层323和第三子层325。第一子层321、第二子层323和第三子层325的材料可以彼此不同。第一子层321可以用作缓冲层。作为示例，第一子层321可以由氧化铝形成或包括氧化铝。第二子层323可以用作其中包括用于抑制暗电流的负电荷的固定电荷层。作为示例，第二子层323可以由氧化铪、氧化钽和氧化钛的至少一种形成或包括氧化铪、氧化钽和氧化钛的至少一种。第三子层325可以由氧化硅(例如，原硅酸四乙酯(TEOS))形成或包括氧化硅。作为示例，第三子层325的厚度可以大于第二子层323的厚度。第二子层323的厚度可以大于第一子层321的厚度。
滤色器303可以设置在抗反射层329上。滤色器303可以分别设置在单元像素PX上。每个滤色器303可以是绿色滤色器、红色滤色器和蓝色滤色器中的一个或包括绿色滤色器、红色滤色器和蓝色滤色器中的一个。在某些实施例中，滤色器303的每个可以是青色滤色器、品红滤色器和黄色滤色器中的一个或包括青色滤色器、品红滤色器和黄色滤色器中的一个。
也可以称为保护层316的阻挡层可以被设置在抗反射层329与滤色器303之间。保护层316可以保护光电转换层10和互连层20不被外界因素(例如，水分)所伤害。作为示例，保护层316可以由氧化铝形成或者包括氧化铝。保护层316的厚度可以小于第二子层323的厚度。
光学透明层30可以包括使滤色器303彼此分离的栅栏图案311。栅栏图案311可以被构造为反射在倾斜于半导体基底100的第二表面100b的方向上入射的光，这种反射可以使入射光被入射到指定的一个单元像素PX中，而不是入射到相邻像素中。滤色器303可以通过插置在滤色器303之间的栅栏图案311(特别地，通过栅栏图案311的上部)彼此分离并且可以分别设置在相应的单元像素PX上。换言之，设置在相邻的单元像素PX上的滤色器303可以不彼此接触并且可以设置为孤立的形状。作为示例，栅栏图案311的顶表面311_T可以位于与滤色器303的顶表面303_T基本上相同的水平处，但是发明构思不限于此示例。在本实施例中，保护层316的顶表面可以在滤色器303的顶表面303_T上方或在第三方向D3上突出。当在平面视图中观察时，栅栏图案311可以设置为完全地围绕每个单元像素PX。栅栏图案311可以与分离图案101叠置。作为示例，栅栏图案311可以具有网格形状。
栅栏图案311的下部可以埋在抗反射层329中。作为示例，栅栏图案311可以设置为穿透抗反射层329。换言之，栅栏图案311可以设置为穿透第一子层321、第二子层323和第三子层325。因此，第一子层321、第二子层323和第三子层325的每个可以在每个单元像素PX上设置为孤立的形状。换言之，抗反射层329可以包括抗反射图案，每个抗反射图案可以设置在对应的一个像素PX上以具有孤立的形状。作为示例，栅栏图案311的底表面311_B可以接触分离图案101的顶表面。
栅栏图案311的上宽度W4可以大于下宽度W3。作为示例，栅栏图案311的宽度可以在从顶表面311_T朝向底表面311_B的方向上逐渐减小。作为示例，栅栏图案311的上宽度W4可以比下宽度W3大约3％至15％。栅栏图案311的下宽度W3可以小于分离图案101的第二宽度W2(在下文中，分离图案101的上宽度)。作为示例，栅栏图案311的上宽度W4可以小于分离图案101的上宽度W2。
保护层316可以从滤色器303与抗反射层329之间的区域延伸以覆盖栅栏图案311的顶表面。保护层316可以接触栅栏图案311的上侧表面。栅栏图案311可以是绝缘图案。栅栏图案311可以包括折射率小于半导体基底100(例如，硅)的折射率的材料。作为示例，栅栏图案311可以具有约1.3或更小的折射率。例如，栅栏图案311可以是其中包括硅纳米颗粒的聚合物层。
微透镜结构306可以设置在滤色器303上。微透镜结构306可以包括与滤色器303接触的平坦化层305和设置在平坦化层305上并且设置在相应的单元像素PX上的微透镜307。平坦化层305可以包括有机层。在某些实施例中，平坦化层305可以包括氧化硅层或氧氮化硅层。
每个微透镜307可以具有使入射光聚焦在单元像素PX上的凸面形状。当在平面视图中观察时，每个微透镜307可以与对应的一个光电转换区域110叠置。
根据发明构思的一些实施例，栅栏图案311可以包括使滤色器303彼此分离的上部和埋在抗反射层329中的下部。栅栏图案311的这种结构可以使得以倾斜的角度入射的光被适当地入射到对应的一个单元像素PX中，因此，可以降低滤色器303和抗反射层329中的光损失并且抑制串扰问题。因此，可以提高图像传感器的传感特性(例如，灵敏度和信噪比(SNR))。
图5B至图5J是均示出了根据发明构思的一些实施例的图像传感器的区域(例如，图4的区域AP)的放大剖视图。为了简明的描述，可以通过相似或相同的附图标记来标识先前描述的元件而不反复其重复的描述。
参照图4和图5B，抗反射层329可以包括顺序地堆叠在第二表面100b上的第一子层321、第二子层323和第三子层325，栅栏图案311可以设置为穿透第二子层323和第三子层325，但不穿透第一子层321。因此，第二子层323和第三子层325的每个可以设置为在对应的一个像素电极PX上具有孤立的形状，第一子层321可以覆盖多个单元像素PX。栅栏图案311的底表面311_B可以高于第一子层321的底表面。栅栏图案311的底表面311_B可以与分离图案101间隔开，且第一子层321插置在它们之间。
参照图4和图5C，抗反射层329可以包括顺序地堆叠在第二表面100b上的第一子层321、第二子层323和第三子层325，栅栏图案311可以设置为穿透第三子层325，但不穿透第一子层321和第二子层323。因此，第三子层325可以设置为在对应的一个像素电极PX上具有孤立的形状，第一子层321和第二子层325可以覆盖多个单元像素PX。栅栏图案311的底表面311_B可以高于第二子层323的底表面。栅栏图案311的底表面311_B可以与分离图案101间隔开，且第一子层321和第二子层323插置在它们之间。
参照图4和图5D，抗反射层329可以包括顺序地堆叠在第二表面100b上的第一子层321、第二子层323、第三子层325和第四子层327。第四子层327可以由与第二子层323相同的材料形成或者包括与第二子层323相同的材料。作为示例，第四子层327可以由氧化铪、氧化钽或氧化钛中的至少一种形成或者包括氧化铪、氧化钽或氧化钛中的至少一种。第四子层327可以薄于第二子层323，但是发明构思不限于此示例。第四子层327可以厚于第一子层321。栅栏图案311的底表面311_B被示出为具有与图5A的栅栏图案311的底表面311_B相似的形状，但在某些实施例中，底表面311_B可以具有与图5B或图5C的底表面311_B相似的形状。
参照图4和图5E，栅栏图案311的下宽度W3可以基本上等于分离图案101的上宽度W2。如图5E中所示，栅栏图案311的侧表面可以与分离图案101的侧表面对齐，但发明构思不限于此示例。例如，在某些实施例中，栅栏图案311的上宽度W4可以大于分离图案101的上宽度W2。
参照图4和图5F，栅栏图案311的下宽度W3可以大于分离图案101的上宽度W2。另外，栅栏图案311的上宽度W4可以大于分离图案101的上宽度W2。
参照图4和图5G，保护层316的顶表面316_T可以位于与滤色器303的顶表面303_T基本上相同的水平处。作为示例，栅栏图案311的顶表面311_T可以低于滤色器303的顶表面303_T。
参照图4和图5H，栅栏图案311的顶表面311_T可以高于滤色器303的顶表面303_T。
参照图4和图5I，栅栏图案311可以包括插入平坦化层305中的上部。平坦化层305可以通过栅栏图案311和保护层316分割以包括多个图案，所述多个图案的每个在对应的一个单元像素PX上具有孤立的形状。
参照图4和图5J，栅栏图案311可以包括绝缘栅栏图案313和在其下面的导电栅栏图案315。栅栏图案311的宽度可以在从绝缘栅栏图案313的顶表面朝向导电栅栏图案315的底表面的方向上逐渐减小。例如，导电栅栏图案315可以由钨或钛形成或者包括钨或钛。导电栅栏图案315可以厚于第一子层321。
图6至图9是沿图3的线I-I'截取以示出根据发明构思的一些实施例的制造图像传感器的方法的剖视图。
参照图3和图6，可以形成光电转换层10和互连层20。可以通过从第一表面100a或第二表面100b对半导体基底100执行蚀刻工艺来形成用于形成分离图案101的第一沟槽TH1。如果蚀刻工艺从第一表面100a开始，则可以在形成互连层20之前预先形成第一沟槽TH1和分离图案101。在这种情况下，第一宽度W1可以大于第二宽度W2。如果蚀刻工艺从第二表面100b开始，则可以在形成互连层20之后形成第一沟槽TH1和分离图案101。在这种情况下，第二宽度W2可以大于第一宽度W1。可以对半导体基底100的第二表面100b执行磨片工艺以去除半导体基底100的一部分。
参照图3和图7，可以在半导体基底100的第二表面100b上顺序地形成抗反射层329、牺牲层332、界面绝缘层333和掩模图案335。抗反射层329可以与参照图5A至图5J描述的抗反射层329基本上相同。牺牲层332可以由相对于抗反射层329具有足够高的蚀刻选择性的材料形成或者包括相对于抗反射层329具有足够高的蚀刻选择性的材料。作为示例，牺牲层332可以由碳含量至少为70wt％的材料形成。例如，牺牲层332可以包括旋涂硬掩模(SOH)材料中的至少一种。可以将牺牲层332形成为厚于抗反射层329。
界面绝缘层333可以是氧化硅层。掩模图案335可以包括光致抗蚀剂层。掩模图案335可以包括被形成为暴露界面绝缘层333的顶表面的初步沟槽PTH。
参照图3和图8，可以使用掩模图案335对界面绝缘层333、牺牲层332和抗反射层329进行图案化。因此，可以将第二沟槽TH2形成为穿透牺牲层332和抗反射层329。作为示例，可以将第二沟槽TH2形成为暴露分离图案101。如图5A至图5J中所示，第二沟槽TH2的形状和深度可以有各种变化。可以形成栅栏图案311以填充第二沟槽TH2。换言之，牺牲层332和抗反射层329可以作为用于形成栅栏图案311的模具使用。可以通过旋涂方法形成栅栏图案311。作为示例，栅栏图案311的形成可以包括供应流体前驱体材料以填充第二沟槽TH2并执行焙烧工艺以热固化前驱体材料。如必要，可以进一步对前驱体材料执行回蚀工艺。
在某些实施例中，栅栏图案311的形成可以包括形成绝缘层以填充第二沟槽TH2并对绝缘层执行回蚀工艺。在栅栏图案311的形成期间，可以去除界面绝缘层333并且可以暴露牺牲层332的顶表面。
参照图3和图9，可以选择性地去除牺牲层332以暴露抗反射层329，然后可以形成保护层316以共形地覆盖抗反射层329。可以通过使用氧气的灰化工艺去除牺牲层332。作为去除牺牲层332的结果，可以形成通过栅栏图案311的侧表面和抗反射层329的顶表面限定的开口OP。可以将保护层316形成为覆盖栅栏图案311的暴露的侧表面和顶表面以及覆盖抗反射层329的暴露的顶表面。作为示例，可以通过化学气相沉积工艺形成牺牲层332。
返回参照图3和图4，可以形成滤色器303以填充图9的开口OP。此后，可以在滤色器303上形成微透镜结构306，可以完成光学透明层30的制造。
图10示出了根据发明构思的一些实施例的图像传感器的剖视图。为了简明地描述，可以通过相似或相同的附图标记来标识先前描述的元件而不反复其重复的描述。在根据本实施例的图像传感器中，互连层20可以插置在光电转换层10与光学透明层30之间。栅栏图案311和抗反射层329可以与互连层20的第三夹层绝缘层223接触。
图11示出了根据发明构思的一些实施例的图像传感器的框图。参照图11，图像传感器可以包括在两个不同方向上(例如，第一方向D1和第二方向D2)二维布置的多个单元像素PX。图像传感器的每个单元像素PX可以包括在与第一方向D1和第二方向D2垂直的第三方向D3上堆叠的至少两个光电转换装置。每个单元像素PX可以包括第一光电转换装置PD1或第二光电转换装置PD2、第一滤色器CF1或第二滤色器CF2以及有机光电转换装置OPD。
第一光电转换装置PD1和第二光电转换装置PD2可以设置在半导体基底中并且可以布置成矩阵形状。有机光电转换装置OPD可以分别堆叠在第一光电转换装置PD1和第二光电转换装置PD2上。换言之，当在平面视图中观察时，每个有机光电转换装置OPD可以与第一光电转换装置PD1和第二光电转换装置PD2中的对应的一个叠置。第一滤色器CF1可以分别设置在第一光电转换装置PD1与有机光电转换装置OPD之间，第二滤色器CF2可以分别设置在第二光电转换装置PD2与有机光电转换装置OPD之间。
在一些实施例中，第一波长带至第三波长带的入射光L1、L2和L3可以入射到单元像素PX的有机光电转换装置OPD中。具有不同波长带的不同光可以分别入射到第一光电转换装置PD1和第二光电转换装置PD2以及有机光电转换装置OPD中，并且在第一光电转换装置PD1和第二光电转换装置PD2以及有机光电转换装置OPD的每个中，产生的光电荷的量可以与入射到其的光的强度成比例。
当第一波长带的入射光L1入射到第一光电转换装置PD1中时，第一光电转换装置PD1可以产生第一光电荷。当第二波长带的入射光L2入射到第二光电转换装置PD2中时，第二光电转换装置PD2可以产生第二光电荷。当第三波长带的入射光L3入射到有机光电转换装置OPD中时，有机光电转换装置OPD可以产生第三光电荷。这里，第一波长带可以长于第三波长带，并且第二波长带可以短于第三波长带。例如，第一波长带的入射光L1可以是红色、第二波长带的入射光L2可以是蓝色以及第三波长带的入射光L3可以是绿色。
第一波长带的入射光L1可以穿过有机光电转换装置OPD和第一滤色器CF1并且可以入射到第一光电转换装置PD1中，第二波长带的入射光L2可以穿过有机光电转换装置OPD和第二滤色器CF2并且可以入射到第二光电转换装置PD2中，第三波长带的入射光L3可以入射到有机光电转换装置OPD中。
与第一波长带的入射光L1对应的第一像素信号S1可以从包括第一光电转换装置PD1的单元像素PX输出，与第二波长带的入射光L2对应的第二像素信号S2可以从包括第二光电转换装置PD2的单元像素PX输出。另外，与第三波长带的入射光L3对应的第三像素信号S3可以从单元像素PX的有机光电转换装置OPD输出。
图12是根据图11的框图的图像传感器的剖视图。根据本实施例的图像传感器可以包括第一光电转换层10a和光学透明层30，第二光电转换层40可以设置在光学透明层30中。第二光电转换层40可以包括上电极355、下电极351和在它们之间的有机光电转换层353。
下电极351可以分别设置在单元像素PX上且可以彼此间隔开。下电极351可以由透明导电材料形成或包括透明导电材料。例如，下电极351可以包括从由氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)、SnO2、锑掺杂氧化锡(ATO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、镓掺杂氧化锌(GZO)、TiO2和氟掺杂氧化锡(FTO)组成的组中选择的至少一种材料。下电极351可以设置在第四夹层绝缘层339中并且可以与滤色器303间隔开，且第四夹层绝缘层339插置在它们之间。下电极351可以连接到半导体基底100中的穿透电极(未示出)。
有机光电转换层353可以被构造为选择性地吸收特定波长带中的光束并对这样的光执行光电转换。有机光电转换层353可以包括构成p-n结的p型有机半导体材料和n型有机半导体材料。在某些实施例中，有机光电转换层353可以包括量子点或硫族化物。在某些实施例中，上电极355可以由透明导电材料形成或包括透明导电材料并可以设置为覆盖所有单元像素PX。
根据发明构思的一些实施例，图像传感器被构造为抑制光损耗和串扰问题。因此，图像传感器可以具有提高灵敏度和信噪比(SNR)的特性。
虽然已经具体地示出和描述了发明构思的示例实施例，但是本技术领域的普通技术人员将理解的是，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下可以在实施例中进行形式和细节上的变化。

Claims (25)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
多个单元像素；
滤色器阵列，设置在所述多个单元像素上，所述滤色器阵列包括多个滤色器；
抗反射层，设置在所述多个单元像素与所述滤色器阵列之间；以及
栅栏图案，包括埋在所述抗反射层中的下部和使所述多个滤色器彼此分离的上部，
其中，所述栅栏图案的所述上部的宽度大于所述下部的宽度。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述抗反射层包括顺序地堆叠在所述多个单元像素上的第一子层、第二子层和第三子层，并且
所述栅栏图案穿透所述第三子层。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述栅栏图案穿透所述第二子层。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述栅栏图案穿透所述第一子层。
5.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第三子层比所述第二子层厚，并且
所述第二子层比所述第一子层厚。
6.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第二子层包括氧化铪、氧化钽和氧化钛中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述抗反射层还包括位于所述第三子层上的第四子层，并且
所述第四子层被所述栅栏图案穿透。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述第四子层包括与所述第二子层相同的材料。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个单元像素包括多个光电转换区域，
所述图像传感器包括使所述多个光电转换区域彼此分离的分离图案，并且
所述栅栏图案与所述分离图案叠置。
10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述栅栏图案和所述分离图案中的每个具有网格形状。
11.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述栅栏图案的底表面接触所述分离图案的顶表面。
12.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述栅栏图案的下宽度小于所述分离图案的上宽度。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述栅栏图案具有1.3或更低的折射率。
14.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括设置在所述多个滤色器与所述抗反射层之间以覆盖所述栅栏图案的顶表面的阻挡层。
15.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述栅栏图案的顶表面高于所述多个滤色器的顶表面。
16.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
多个单元像素；
滤色器阵列，设置在所述多个单元像素上，所述滤色器阵列包括多个滤色器；
抗反射层，设置在所述多个单元像素与所述滤色器阵列之间；以及
栅栏图案，包括埋在所述抗反射层中的下部和使所述多个滤色器彼此分离的上部，
其中，所述栅栏图案的所述上部的宽度大于所述下部的宽度，并且
所述抗反射层包括多个抗反射图案，所述多个抗反射图案通过所述栅栏图案彼此分离并分别设置在所述多个单元像素上。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述多个单元像素中的每个包括光电转换区域，
所述图像传感器还包括使多个光电转换区域彼此分离的分离图案，
所述栅栏图案与所述分离图案叠置，并且
所述栅栏图案的底表面接触所述分离图案的顶表面。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述栅栏图案的下宽度小于所述分离图案的上宽度。
19.根据权利要求16所述的图像传感器，所述图像传感器还包括设置在所述多个滤色器与所述抗反射层之间以覆盖所述栅栏图案的顶表面的阻挡层。
20.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括：
提供包括多个单元像素的基底；
在所述基底的第一表面上顺序地形成抗反射层和牺牲层；
将所述牺牲层和所述抗反射层图案化以形成沟槽；
形成栅栏图案以填充所述沟槽；
去除所述牺牲层以形成开口，所述开口中的每个通过所述栅栏图案的侧表面与所述抗反射层的顶表面限定；以及
在所述开口中形成滤色器。
21.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括：在形成所述滤色器之前，形成阻挡层以共形地覆盖所述抗反射层和所述栅栏图案。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述抗反射层包括顺序地堆叠在所述多个单元像素上的第一子层、第二子层和第三子层，并且
所述沟槽形成为穿透所述第一子层至所述第三子层的至少一部分。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述牺牲层包括旋涂硬掩模材料。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，所述多个单元像素包括多个光电转换区域，
所述图像传感器包括使所述多个光电转换区域彼此分离的分离图案，并且
所述沟槽形成为暴露所述分离图案。
25.根据权利要求20所述的方法，其中，通过旋涂方法形成所述栅栏图案。
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