CN111403427A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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CN111403427A CN201911116541.XA CN201911116541A CN111403427A CN 111403427 A CN111403427 A CN 111403427A CN 201911116541 A CN201911116541 A CN 201911116541A CN 111403427 A CN111403427 A CN 111403427A
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许在成
金永倬
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Abstract

提供了一种图像传感器及其制造方法，所述图像传感器包括：多个滤色器，所述多个滤色器在半导体衬底上彼此间隔开；保护层，所述保护层覆盖所述滤色器的侧壁和所述滤色器的顶表面；以及低折射图案，所述低折射图案填充所述滤色器之间的空间。

Description

图像传感器及其制造方法
相关申请的交叉引用
通过引用将于2019年1月3日在韩国知识产权局提交的题为“Image Sensor andMethod of Fabricating the Same”(图像传感器及其制造方法)的韩国专利申请No.10-2019-0000914的全部内容结合于此。
技术领域
实施例涉及图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器可以分为电荷耦合器件(CCD)类型和互补金属氧化物半导体(CMOS)类型。CMOS型图像传感器缩写为CIS(CMOS图像传感器)。CIS具有多个二维排列的像素。每个像素包括光电二极管。光电二极管用于将入射光转换成电信号。
发明内容
实施例可以通过提供一种图像传感器来实现，所述图像传感器包括：多个滤色器，所述多个滤色器在半导体衬底上彼此间隔开；保护层，所述保护层覆盖所述滤色器的侧壁和顶表面；以及低折射图案，所述低折射图案填充所述滤色器之间的空间。
实施例可以通过提供一种图像传感器来实现，所述图像传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有多个单元像素区域；深器件隔离部分，所述深器件隔离部分位于所述多个单元像素区域之间；光电转换部分，所述光电转换部分位于每个所述单元像素区域的所述半导体衬底中；多个滤色器，所述多个滤色器在所述半导体衬底上彼此间隔开；遮光图案，所述遮光图案位于所述半导体衬底上并且位于所述滤色器之间，所述遮光图案的厚度小于所述滤色器的厚度；低折射图案，所述低折射图案填充所述滤色器之间的空间；以及保护层，所述保护层位于所述低折射图案与所述滤色器之间以及所述低折射图案与所述遮光图案之间。
实施例可以通过提供一种图像传感器来实现，所述图像传感器包括：多个滤光器，所述多个滤光器在半导体衬底上彼此间隔开；低折射图案，所述低折射图案填充所述滤光器之间的空间；以及遮光图案，所述遮光图案位于所述低折射图案与所述半导体衬底之间。
实施例可以通过提供一种制造图像传感器的方法来实现，所述方法包括：在半导体衬底上形成多个牺牲图案，以限定多个滤色器区域；在所述多个滤色器区域中分别形成多个滤色器；以及将所述牺牲图案替换为低折射图案。
附图说明
通过参照附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员将变得明显，其中：
图1示出了根据一些示例实施例的图像传感器的截面图。
图2A和图2B示出了图1中的截面II的放大视图。
图3A至图3G示出了根据一些示例的制造图1中的图像传感器的方法中的各阶段的截面图。
图4示出了根据一些示例实施例的图像传感器的截面图。
图5示出了根据一些示例实施例的图像传感器的截面图。
图6示出了根据一些示例实施例的图像传感器的截面图。
具体实施方式
图1示出了根据一些示例实施例的图像传感器的截面图。图2A和图2B示出了图1中的截面II的放大视图。
参照图1、图2A和图2B，根据本实施例的图像传感器100可以包括半导体衬底1。半导体衬底1可以是单晶硅晶片或外延硅层。半导体衬底1可以掺杂有具有第一导电类型的杂质。在一个实施方式中，第一导电类型可以是p型，杂质可以是硼。半导体衬底1可以具有沿第二方向D2彼此面对的第一表面1a和第二表面1b。
半导体衬底1可以包括多个单元像素区域UP。半导体衬底1可以设置有深器件隔离部分13，其沿着第一方向D1将单元像素区域UP彼此分隔开。深器件隔离部分13可以位于深沟槽7中。深沟槽7可以从第二表面1b朝向第一表面1a延伸。随着深沟槽7从第二表面1b(例如，沿深度方向)接近第一表面1a，深沟槽7的宽度可以减小。深器件隔离部分13可以包括固定电荷层9(共形地覆盖深沟槽7的侧壁)和掩埋介电层11(填充例如深沟槽7的其余部分)。
固定电荷层9可以具有负的固定电荷。固定电荷层9可以包括金属氧化物或金属氟化物，金属氧化物或金属氟化物包含例如铪(Hf)、锆(Zr)、铝(Al)、钽(Ta)、钛(Ti)、钇(Y)或镧系元素。例如，固定电荷层9可以是氧化铪层或氧化铝层。在固定电荷层9周围可能发生空穴累积。因此，可以有效地减少暗电流和白点。掩埋介电层11可以由具有优异的台阶覆盖性的介电层(例如，氧化硅层)形成。在一个实施方式中，深器件隔离部分13可以具有在俯视图中观察的网格形状。固定电荷层9可以延伸到第二表面1b上并与第二表面1b接触。掩埋介电层11也可以沿第一方向D1延伸到第二表面1b上。
在一个实施方式中，光电转换部分PD可以位于每个单元像素区域UP(由深器件隔离部分13限定)上或每个单元像素区域UP处的半导体衬底1中。光电转换部分PD可以是掺杂有杂质的区域，该杂质具有与第一导电类型相反的第二导电类型。例如，光电转换部分PD可以掺杂有n型砷或磷。光电转换部分PD和其周围的半导体衬底1可以形成p-n结以构成光电二极管。
在一个实施方式中，半导体衬底1可以包括例如位于其第一表面1a上的传输晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管，通过它们传输从光电转换部分PD产生的电荷。在一个实施方式中，半导体衬底1的第一表面1a可以覆盖有层间介电层5。层间介电层5可以具有单层结构或多层结构，单层结构或多层结构包括氧化硅层、氮氧化硅层和/或氮化硅层中的一种或更多种。在一个实施方式中，多条连接线可以位于层间介电层5中。
半导体衬底1中可以包括器件隔离区域3，其与第一表面1a邻接(例如，直接接触)，并且沿第二方向D2与深器件隔离部分13交叠。器件隔离区域3可以掺杂有具有第一导电类型的杂质。掺杂在器件隔离区域3中的第一导电类型的杂质的浓度可以大于掺杂在半导体衬底1中的第一导电类型的杂质的浓度。
辅助介电层15可以位于半导体衬底1的第二表面1b上的掩埋介电层11上。辅助介电层15可以包括抗反射层或平坦化层中的一个或更多个。辅助介电层15可以包括氮化硅层或有机介电层中的一个或更多个。
辅助介电层15上可以包括沿第一方向D1交替布置的第一滤色器CF1和第二滤色器CF2。第一滤色器CF1和第二滤色器CF2可以具有彼此间隔开(例如，完全间隔开)的岛形，使得滤色器CF1和CF2在俯视图中具有岛形。在俯视图中，第一滤色器CF1和第二滤色器CF2可以位于以网格形状布置的低折射图案25a之间。第一滤色器CF1和第二滤色器CF2可以包括颜色彼此不同的染料或颜料。第一滤色器CF1和第二滤色器CF2可以过滤具有特定波长的光。第一滤色器CF1和第二滤色器CF2也可以称为滤光器。在一个实施方式中，第一滤色器CF1和第二滤色器CF2可以是红外滤色器。
保护层23可以覆盖第一滤色器CF1的侧壁和顶表面(例如，背离半导体衬底1的表面)以及第二滤色器CF2的侧壁和顶表面。保护层23可以具有单层结构或多层结构。保护层23可以包括氧化铝层和碳氧化硅层中的一个或更多个(例如，单层氧化铝、单层碳氧化硅、包括氧化铝层的多层结构、包括碳氧化硅层的多层结构或包括氧化铝层和碳氧化硅层的多层结构)。
如图2B所示，保护层23的位于第一滤色器CF1的侧壁和第二滤色器CF2的侧壁上的部分可以沿第一方向D1具有第一厚度T1，保护层23的位于第一滤色器CF1的顶表面和第二滤色器CF2的顶表面上的部分可以沿第二方向D2具有第二厚度T2。第一厚度T1可以等于或大于第二厚度T2。保护层23可以具有例如约
Figure BDA0002274217440000041
至约
Figure BDA0002274217440000042
的厚度。在一个实施方式中，第一厚度T1可以是例如约
Figure BDA0002274217440000043
至约
Figure BDA0002274217440000044
保护层23可以保护第一滤色器CF1和第二滤色器CF2免于被损坏和避免吸收湿气。结果，可以提高图像传感器100的可靠性。
遮光图案17a可以位于辅助介电层15上并且位于第一滤色器CF1与第二滤色器CF2之间。当在俯视图中时，遮光图案17a可以具有网格形状。在一个实施方式中，遮光图案17a可以包括例如钛。遮光图案17a沿第二方向D2可以具有第三厚度T3。遮光图案17a的侧壁可以与第一滤色器CF1和第二滤色器CF2中的相邻滤色器的侧壁对齐。遮光图案17a可以有助于防止青斑缺陷(bruise defect)(例如，图像部分地视为蓝色)，这可以实现清晰的图像质量。
低折射图案25a可以填充第一滤色器CF1与第二滤色器CF2之间的空间。低折射图案25a的折射率可以小于第一滤色器CF1的折射率和第二滤色器CF2的折射率。低折射图案25a的折射率可以例如等于或小于约1.3。低折射图案25a可以包括有机材料。低折射图案25a沿第二方向D2可以具有第四厚度T4。第四厚度T4可以大于第三厚度T3。保护层23可以位于低折射图案25a与第一滤色器CF1和第二滤色器CF2之间以及位于低折射图案25a与遮光图案17a之间。低折射图案25a的顶表面可以与保护层23的顶表面共面。低折射图案25a沿第一方向D1的宽度可以小于遮光图案17a沿第一方向D1的宽度。低折射图案25a和遮光图案17a可以与深器件隔离部分13竖直地交叠。
微透镜ML可以位于保护层23上。微透镜ML可以沿第二方向D2与第一滤色器CF1和第二滤色器CF2中的相应的滤色器交叠。微透镜ML可以各自接触(例如，直接接触)保护层23的顶表面和低折射图案25a的顶表面。
在根据本实施例的图像传感器100中，低折射图案25a的折射率可以小于第一滤色器CF1的折射率和第二滤色器CF2的折射率。因此，当第一光L1相邻地入射在第一滤色器CF1的边缘和第二滤色器CF2的边缘上时，第一光L1可以从低折射图案25a的表面折射，然后可以行进到位于相关的单元像素区域UP上的光电转换部分PD。此外，低折射图案25a的折射率可以等于或小于约1.3，并且当第二光L2入射到低折射图案25a的顶表面上时，第二光L2可以从低折射图案25a的顶表面折射，然后可以行进到位于相关的单元像素区域UP上的光电转换部分PD。
因此，光电转换部分PD可以接收入射在其上的增加了量的光，这可以提高光接收效率，并且继而可以改善亮度效率。结果，可以提高信噪比(SNR)。保护层23在低折射图案25a与第一滤色器CF1和第二滤色器CF2之间可以具有等于或小于约
Figure BDA0002274217440000061
的小的厚度，因此对第一光L1和第二光L2的路径的影响可以甚微或者无影响。
图3A至图3G示出了根据一些示例实施例的制造图1的图像传感器的方法中的各阶段的截面图。
参照图3A，可以准备具有彼此面对的第一表面1a和第二表面1b的半导体衬底1。可以执行离子注入工艺以在半导体衬底1中形成与第一表面1a邻接的器件隔离区域3。可以在半导体衬底1中形成光电转换部分PD。在一个实施方式中，可以在半导体衬底1上形成晶体管。可以形成层间介电层5以覆盖半导体衬底1的第一表面1a。在一个实施方式中，可以在层间介电层5中形成多层连接线。
可以沿第二方向D2从第二表面1b朝向第一表面1a蚀刻半导体衬底1以形成深沟槽7。可以在整个第二表面1b上共形地形成固定电荷层9，以覆盖深沟槽7的侧壁和底表面，并且可以形成掩埋介电层11以填充例如深沟槽7的其余部分。因此，深沟槽7中可以设置有包括固定电荷层9和掩埋介电层11的深器件隔离部分13。可以在掩埋介电层11上形成辅助介电层15。
可以沿第二方向D2在辅助介电层15上顺序堆叠遮光层17和牺牲层19。在一个实施方式中，遮光层17可以由例如钛形成。牺牲层19可以使用沉积工艺(例如，化学气相沉积、物理气相沉积等)由例如氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层等中的一个或更多个形成。牺牲层19可以形成为具有适合于第一滤色器CF1的光学特性和第二滤色器CF2的光学特性的厚度，这将在下面讨论。
参照图3B，可以在牺牲层19上形成掩模图案。掩模图案可以包括光刻胶图案或其材料相对于牺牲层19具有蚀刻选择性的任何图案。掩模图案可以用作各向异性蚀刻工艺的蚀刻掩模，通过该各向异性蚀刻工艺，可以依次各向异性地蚀刻牺牲层19和遮光层17以暴露辅助介电层15。上述这些工艺可以形成限定滤色器区域CFR的牺牲图案19a，并且还形成位于牺牲图案19a下方的遮光图案17a。在一个实施方式中，牺牲图案19a和遮光图案17a可以在俯视图中具有网格形状。
参照图3B和图3C，可以在相应的滤色器区域CFR中形成第一滤色器CF1和第二滤色器CF2。可以通过执行光刻工艺若干次来形成第一滤色器CF1和第二滤色器CF2。例如，光刻工艺可以包括对包括染料或颜料的光刻胶组合物执行的涂覆工艺、软烘工艺、曝光工艺、后烘工艺、显影工艺等。
参照图3D，可以去除牺牲图案19a以暴露第一滤色器CF1与第二滤色器CF2之间的空间21。当牺牲图案19a由氧化硅层形成时，可以使用包括例如氟的蚀刻剂来去除牺牲图案19a。空间21可以暴露遮光图案17a的顶表面以及第一滤色器CF1的侧壁和第二滤色器CF2的侧壁。
参照图3E，可以在半导体衬底1的整个第二表面1b上共形地形成保护层23。如图2B所示，保护层23可以形成为具有第一厚度T1。保护层23可以形成为包括例如氧化铝层或碳氧化硅层中的一种或更多种的单层或多层。保护层23可以通过化学气相沉积或原子层沉积形成。保护层23可以在低于约200℃的温度下沉积，以有助于防止均包括有机材料的第一滤色器CF1和第二滤色器CF2损坏。例如，当保护层23由氧化铝层形成时，保护层23可以在约100℃的温度下沉积。当保护层23由碳氧化硅层形成时，保护层23可以在约150℃的温度下沉积。
参照图3E和图3F，可以在保护层23上形成低折射层25，从而填充空间21。低折射层25可以包括有机材料。例如，低折射层25的形成可以包括执行将包括有机材料和溶剂的组合物旋涂在保护层23上的步骤以及执行通过软烘工艺或干法工艺去除溶剂的步骤。
参照图3G，可以执行毯式回蚀工艺或抛光工艺以从滤色器CF1和CF2的顶表面去除低折射层25，使得可以暴露保护层23，并且可以在第一滤色器CF1与第二滤色器CF2之间形成低折射图案25a。位于第一滤色器CF1的顶表面和第二滤色器CF2的顶表面上的保护层23也可以被部分地蚀刻以具有如图2B所示的第二厚度T2。相比之下，保护层23在滤色器CF1和CF2之间可以不被蚀刻，因此可以保持其初始的第一厚度T1。第二厚度T2可以等于或小于第一厚度T1。保护层23可以有助于保护第一滤色器CF1和第二滤色器CF2免受损坏。随后，如图1所示，可以在保护层23上形成微透镜ML。
在根据实施例的制造图像传感器的方法中，牺牲层19可以由广泛用于半导体制造的氧化硅层等形成，因此可以容易地选择用于沉积厚度调整和各向异性蚀刻工艺的蚀刻剂。继而，具有网格形状的牺牲图案19a可以形成为具有精确的临界尺寸，因此，第一滤色器CF1和第二滤色器CF2可以以规则的间隔形成。此外，牺牲图案19a可以具有期望的厚度(或第一滤色器CF1和第二滤色器CF2的确定的厚度)，从而第一滤色器CF1和第二滤色器CF2可以形成为具有期望的轮廓。
如果通过从低折射层形成网格形状的低折射图案而不是从氧化硅层形成牺牲图案来制造滤色器，则低折射层的材料特性可能导致难以形成具有期望厚度的低折射层并且还难以执行各向异性蚀刻工艺。在这种情况下，不可能形成适当地成型的滤色器以及形成具有精确的临界尺寸的折射图案。
在根据实施例的制造图像传感器的方法中，可以依次蚀刻牺牲层19和遮光层17以形成牺牲图案19a和遮光图案17a，之后可以用低折射图案25a代替牺牲图案19a，结果是低折射图案25a和遮光图案17a可以简单地彼此竖直地交叠且不存在未对准。例如，可以提供能够提高发光效率并实现清晰的图像质量的图像传感器。
图4示出了根据一些示例实施例的图像传感器的截面图。
参照图4，根据本实施例的图像传感器101可以是例如自动聚焦图像传感器。在图像传感器101中，深器件隔离部分13可以将单元像素区域UP彼此隔开，并且子深器件隔离部分13s可以沿第二方向D2延伸，以沿第一方向D1将每个单元像素区域UP划分成第一子像素区域SP1和第二子像素区域SP2。第一光电转换部分PD1可以位于第一子像素区域SP1上或第一子像素区域SP1处的半导体衬底1中。第二光电转换部分PD2可以位于第二子像素区域SP2上或第二子像素区域SP2处的半导体衬底1中。
子深器件隔离部分13s可以位于第一光电转换部分PD1与第二光电转换部分PD2之间。子深器件隔离部分13s可以与滤色器CF1和CF2中的一个滤色器的中心交叠。
与深器件隔离部分13类似，子深器件隔离部分13s可以包括固定电荷层9和掩埋介电层11。半导体衬底1可以包括例如直接在其第一表面1a上和下方的沿第一方向D1彼此间隔开的第一传输栅电极TG1和第二传输栅电极TG2。第一传输栅电极TG1可以位于第一子像素区域SP1中，第二传输栅电极TG2可以位于第二子像素区域SP2中。浮置扩散区FD可以位于第一传输栅电极TG1与第二传输栅电极TG2之间的半导体衬底1中。其他构造可以与参照图1、图2A和图2B所讨论的构造相同或相似。
图5示出了根据一些示例实施例的图像传感器的截面图。
参照图5，根据本实施例的图像传感器102可以包括与半导体衬底1的第一表面1a相邻(例如，直接位于半导体衬底1的第一表面1a上)的浅器件隔离部分2。浅器件隔离部分2可以在第一表面1a上限定用于晶体管的有源区域。浅器件隔离部分2可以通过浅沟槽隔离(STI)工艺形成。浅器件隔离部分2可以具有单层结构或多层结构，单层结构或多层结构包括氧化硅层、氮化硅层和氧氮化硅层中的一种或更多种。深沟槽7可以穿透浅器件隔离部分2和半导体衬底1。深沟槽7的宽度可以在从第一表面1a接近第二表面1b的方向上减小。
深器件隔离部分53可以位于深沟槽7中。深器件隔离部分53可以包括掺杂杂质的多晶硅图案51和围绕多晶硅图案51的侧壁的介电层55。深器件隔离部分53可以接触辅助介电层15。多晶硅图案51的热膨胀系数可以与由单晶硅制成的半导体衬底1的热膨胀系数几乎相同，这可以有助于减小由材料的热膨胀系数的差异引起的物理应力。多晶硅图案51可以用作公共偏置线。可以向多晶硅图案51提供负电压。例如，由于保持了可能存在于深沟槽7的表面上的孔，因此可以改善暗电流特性。
辅助介电层15可以接触半导体衬底1的第二表面1b，例如，可以直接位于第二表面1b上。辅助介电层15可以包括例如沿第二方向D2顺序堆叠的固定电荷层、抗反射层和平坦化层，并且固定电荷层可以接触第二表面1b。半导体衬底1的第一表面1a可以被层间介电层5覆盖(例如，完全覆盖)。深器件隔离部分53可以与层间介电层5和浅器件隔离部分2间隔开。深沟槽7可以包括位于深器件隔离部分53与层间介电层5之间的辅助掩埋介电层4。浅器件隔离部分2可以围绕辅助掩埋介电层4并且可以沿第一方向D1更短。其他构造可以与参照图1、图2A和图2B所讨论的构造相同或相似。
图6示出了根据一些示例实施例的图像传感器的截面图。
参照图6，根据本实施例的图像传感器103可以包括位于半导体衬底1中的贯通电极57。贯通电极57可以与深器件隔离部分53的多晶硅图案51绝缘。贯通电极57可以被第一通路介电层59围绕。贯通电极57和第一通路介电层59可以位于半导体衬底1中的贯通电极孔7h中。传输栅电极TG可以位于半导体衬底1的第一表面1a上。
传输栅电极TG可以沿第一方向D1沿着半导体衬底1的第一表面1a的一部分延伸，并且可以沿第二方向D2朝向半导体衬底1的第二表面1b延伸。第一浮置扩散区FD1可以位于与传输栅电极TG相邻的半导体衬底1中。半导体衬底1可以包括第二浮置扩散区FD2，第二浮置扩散区FD2沿第一方向D1隔着不围绕辅助掩埋介电层4的浅器件隔离部分2与第一浮置扩散区FD1间隔开。第一光电转换部分PD1可以位于在每个单元像素区域UP上或每个单元像素区域UP处的半导体衬底1中。第一光电转换部分PD1可以是掺杂有具有第二导电类型的杂质的区域。
辅助介电层15可以位于半导体衬底1的第二表面1b上。在每个单元像素区域UP处，辅助介电层15上可以包括滤色器CF1和CF2中的一个滤色器。遮光图案17a可以位于第一滤色器CF1与第二滤色器CF2之间的辅助介电层15上。保护层23可以覆盖第一滤色器CF1的顶部和侧壁、第二滤色器CF2的顶部和侧壁以及遮光图案17a的顶表面。低折射图案25a可以填充第一滤色器CF1与第二滤色器CF2之间的空间。
第一介电层30可以位于保护层23和低折射图案25a上。第一介电层30可以是氧化硅层或氮化硅层。在每个单元像素区域UP处，像素电极32可以位于第一介电层30上。第二介电层44可以位于像素电极32之间。第二介电层44可以是氧化硅层或氮化硅层。第二光电转换部分PD2可以位于像素电极32上。公共电极34可以位于第二光电转换部分PD2上。钝化层36可以位于公共电极34上。微透镜ML可以位于钝化层36上。
像素电极32和公共电极34可以包括例如氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、氧化锌(ZnO)或有机透明导电材料。第二光电转换部分PD2可以是例如有机光电转换层。第二光电转换部分PD2可以包括p型有机半导体材料和n型有机半导体材料，p型有机半导体材料和n型有机半导体材料可以形成p-n结。在一个实施方式中，第二光电转换部分PD2可以包括量子点或硫属元素化物。
像素电极32可以通过通路插塞40电连接到贯通电极57。通路插塞40可以包括掺杂杂质的多晶硅、诸如氮化钛层的金属氮化物层、诸如钨、钛和铜的金属材料或诸如ITO的透明导电材料。通路插塞40可以在穿透第一介电层30、低折射图案25a、保护层23、遮光图案17a和辅助介电层15的同时接触贯通电极57。第二通路介电层42可以覆盖通路插塞40的侧壁。贯通电极57可以通过第一连接器8a、连接线8和第二连接器8b电连接到第二浮置扩散区FD2。其他构造可以与上面参照图5所讨论的构造相同或相似。
根据一个实施例，图像传感器可以包括低折射图案(位于滤色器之间)，其折射相邻地入射在滤色器的边缘上的光并且允许光行进到相关的像素。例如，可以提高光接收效率并提高信噪比(SNR)。
另外，根据一个实施例，图像传感器可以包括覆盖滤色器的顶表面和侧壁的保护层，其有助于防止滤色器在制造工艺过程中吸收湿气或被损坏，这可以改善可靠性。
此外，根据一个实施例的图像传感器可以包括遮光图案以有助于防止或阻止青斑缺陷，因此可以实现清晰的图像质量。
根据一个实施例，制造图像传感器的方法可以使用牺牲图案，通过该牺牲图案限制或限定滤色器区域，以防止滤色器具有不良轮廓并且精确地形成具有期望尺寸的滤色器。
此外，根据一个实施例，制造图像传感器的方法可以使用保护层以有助于防止对滤色器的损坏。
一个或更多个实施例可以提供提高发光效率的图像传感器。
一个或更多个实施例可以提供一种制造图像传感器的方法，该方法减少了工艺缺陷。
尽管可能未示出一些截面图的对应的俯视图和/或透视图，但是本文所示的器件结构的截面图提供了对沿如俯视图中所示的两个不同方向和/或在如透视图中所示的三个不同方向上延伸的多个器件结构的支持。两个不同的方向可以彼此正交或可以不正交。三个不同方向可以包括可以与两个不同的方向正交的第三方向。多个器件结构可以集成在同一电子器件中。例如，当在截面图中示出器件结构(例如，存储单元结构或晶体管结构)时，电子器件可以包括多个器件结构(例如，存储单元结构或晶体管结构)，如电子器件的俯视图所示。多个器件结构可以以阵列和/或二维图案布置。
本文已经公开了示例实施例，并且虽然采用了特定术语，但是仅以一般性和描述性意义来使用和解释这些术语，而不是出于限制的目的。在某些情况下，如本领域普通技术人员在提交本申请时显而易见的，结合特定实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用，或者与结合其他实施例描述的特征、特性和/或元件组合使用，除非另外特别指出。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离如在所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以做出形式和细节上的各种改变。

Claims (25)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
多个滤色器，所述多个滤色器在半导体衬底上彼此间隔开；
保护层，所述保护层覆盖所述滤色器的侧壁和顶表面；以及
低折射图案，所述低折射图案填充所述滤色器之间的空间。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述低折射图案的折射率小于所述滤色器的折射率。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述保护层包括氧化铝层和碳氧化硅层中的一种或更多种。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述保护层的厚度为
Figure FDA0002274217430000011
至
Figure FDA0002274217430000012
5.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遮光图案，所述遮光图案位于所述半导体衬底上并且位于所述滤色器之间，
其中，所述遮光图案的顶表面被所述保护层覆盖。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述遮光图案的侧壁与一个所述滤色器的侧壁对齐。
7.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位于所述滤色器上的微透镜，
其中，所述微透镜与所述保护层的顶表面和所述低折射图案的顶表面接触。
8.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：
贯通电极，所述贯通电极位于所述半导体衬底中；
像素电极，所述像素电极位于所述保护层上并且与所述低折射图案交叠；
有机光电转换层，所述有机光电转换层位于所述像素电极上；以及
通路插塞，所述通路插塞将所述像素电极电连接到所述贯通电极，
其中，所述通路插塞穿透所述低折射图案和所述保护层。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述保护层的顶表面与所述低折射图案的顶表面共面。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：
所述保护层的位于所述滤色器的所述侧壁上的部分具有第一厚度，
所述保护层的位于所述滤色器的所述顶表面上的部分具有第二厚度，并且
所述第一厚度等于或大于所述第二厚度。
11.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
半导体衬底，所述半导体衬底具有多个单元像素区域；
深器件隔离部分，所述深器件隔离部分位于所述单元像素区域之间；
光电转换部分，所述光电转换部分位于每个所述单元像素区域的所述半导体衬底中；
多个滤色器，所述多个滤色器在所述半导体衬底上彼此间隔开；
遮光图案，所述遮光图案位于所述半导体衬底上并且位于所述滤色器之间，所述遮光图案的厚度小于所述滤色器的厚度；
低折射图案，所述低折射图案填充所述滤色器之间的空间；以及
保护层，所述保护层位于所述低折射图案与所述滤色器之间以及所述低折射图案与所述遮光图案之间。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述保护层与所述滤色器的顶表面接触。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述保护层的顶表面与所述低折射图案的顶表面共面。
14.根据权利要求12所述的图像传感器，其中：
所述保护层的位于所述滤色器的侧壁上的部分具有第一厚度，
所述保护层的位于所述滤色器的所述顶表面上的部分具有第二厚度，并且
所述第一厚度等于或大于所述第二厚度。
15.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述遮光图案的侧壁与一个所述滤色器的侧壁对齐。
16.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
多个滤光器，所述多个滤光器在半导体衬底上彼此间隔开；
低折射图案，所述低折射图案填充所述滤光器之间的空间；以及
遮光图案，所述遮光图案位于所述低折射图案与所述半导体衬底之间。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述遮光图案的厚度小于所述低折射图案的厚度。
18.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保护层，所述保护层位于所述低折射图案与所述滤光器之间以及所述低折射图案与所述遮光图案之间，所述保护层覆盖所述滤光器的顶表面，
其中：
所述保护层的位于所述滤光器的侧壁上的部分具有第一厚度，
所述保护层的位于所述滤光器的顶表面上的部分具有第二厚度，并且
所述第一厚度等于或大于所述第二厚度。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，所述保护层的顶表面与所述低折射图案的顶表面共面。
20.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述遮光图案的侧壁与一个所述滤光器的侧壁对齐。
21.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括：
在半导体衬底上形成多个牺牲图案，以限定多个滤色器区域；
在所述多个滤色器区域中分别形成多个滤色器；以及
将所述牺牲图案替换为低折射图案。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，将所述牺牲图案替换为所述低折射图案包括：
去除所述牺牲图案以暴露所述滤色器之间的空间；
通过在所述半导体衬底的其上形成有所述滤色器的整个表面上形成低折射层，来填充所述滤色器之间的空间；以及
去除所述滤色器上的所述低折射层，以在所述空间中保留所述低折射图案。
23.根据权利要求22所述的方法，其中：
将所述牺牲图案替换为所述低折射图案还包括：在去除所述牺牲图案以暴露所述滤色器之间的所述空间之后，形成共形地覆盖所述滤色器的顶表面和侧壁的保护层，并且
去除所述滤色器上的所述低折射层包括：暴露所述保护层。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，形成所述牺牲图案包括：
在所述半导体衬底上形成牺牲层；以及
图案化所述牺牲层以形成所述牺牲图案。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，形成所述牺牲图案还包括：
在形成所述牺牲层之前形成遮光层；以及
在形成所述牺牲图案之前，图案化所述遮光层，以形成遮光图案。
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