CN111741238A - 包括阻光图案的光学传感器以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

提供了包括阻光图案的光学传感器以及包括该光学传感器的电子设备。光学传感器可以包括多个光电转换区域、在所述多个光电转换区域上的多个透镜、以及在所述多个光电转换区域与所述多个透镜之间延伸的阻光层。阻光层可以包括在所述多个光电转换区域中的第一光电转换区域与所述多个透镜中的第一透镜之间的开口。光学传感器可以配置为与显示面板组装，使得所述多个透镜设置在阻光层与显示面板之间。

Description

包括阻光图案的光学传感器以及电子设备
本申请是三星电子株式会社于2018年4月17日申请的名称为“包括阻光图案的光学传感器以及电子设备”、申请号为201810343594.4的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及电子领域，更具体地，涉及光学传感器。
背景技术
光学传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。随着计算机和通信产业已经发展，在包括数码相机、摄像机、个人通信系统、游戏机、安保摄像头、用于医疗应用的微型摄像头和/或机器人的各种应用中，对高性能光学传感器的需求已经增加。因此，存在对高性能成像器件或高性能光学传感器的增加的需求。
然而，光学传感器的一个问题是图像模糊。例如，图像模糊可能在光学传感器靠近待成像的物体时发生。结果，接近物体所拍摄的图像的质量可能不尽如人意地低。
发明内容
本发明构思的一些实施方式提供了一种包括像素结构的光学传感器，该像素结构配置为选择性地收集以期望的入射角入射的光。
本发明构思的一些实施方式提供了用于容易地拍摄近的物体的图像的光学传感器。
根据本发明构思的一些实施方式，一种图像传感器可以包括：基板，包括多个像素；器件隔离图案，提供在所述多个像素之间的边界上，器件隔离图案穿过基板的至少一部分并在相邻的一对像素之间具有第一宽度；微透镜，提供在基板的表面上；以及栅格图案，提供在基板与微透镜的阵列之间并与所述多个像素和器件隔离图案重叠。栅格图案可以包括穿过其的多个开口，并且当在平行于基板的表面的俯视图中看时，所述多个开口的每个可以与所述多个像素中的对应一个重叠。栅格图案可以具有与所述多个开口中的相邻的一对开口之间的距离对应并大于第一宽度的第二宽度。
根据本发明构思的一些实施方式，一种图像传感器可以包括：基板，包括至少一对像素；器件隔离图案，提供在该对像素之间的边界上以穿过基板的至少一部分；以及栅格图案，提供在基板的表面上，并且当在平行于基板的该表面的俯视图中看时与器件隔离图案重叠。器件隔离图案可以具有小于栅格图案的第二宽度的第一宽度，第一宽度和第二宽度可以是在平行于基板的所述表面的方向上测量的距离。
根据本发明构思的一些实施方式，一种图像传感器可以包括：基板，包括多个像素；器件隔离图案，提供在所述多个像素之间的边界上，器件隔离图案穿过基板的至少一部分并在所述多个像素中的相邻的一对像素之间具有第一宽度；微透镜，分别提供在所述多个像素上，微透镜通过提供在其间的平坦部分而彼此连接；以及栅格图案，提供在基板与微透镜的阵列之间，栅格图案包括提供为穿过其并分别与所述多个像素垂直地重叠的多个开口。栅格图案可以具有与所述多个开口中的相邻的一对开口之间的距离对应的第二宽度，该平坦部分可以具有与微透镜中的相邻的一对微透镜之间的距离对应的第三宽度，第三宽度可以大于第一宽度并可以小于第二宽度。
根据本发明构思的一些实施方式，一种光学扫描仪的光学传感器可以包括多个光电转换区域、在所述多个光电转换区域上的多个透镜、以及在所述多个光电转换区域与所述多个透镜之间延伸的阻光层。阻光层可以包括在所述多个光电转换区域中的第一光电转换区域与所述多个透镜中的第一透镜之间的开口。光学传感器可以配置为与显示面板组装，使得所述多个透镜设置在阻光层与显示面板之间。
根据本发明构思的一些实施方式，一种光学扫描仪的光学传感器可以包括多个光电转换区域、在所述多个光电转换区域上沿第一方向布置的多个透镜、以及在所述多个光电转换区域与所述多个透镜之间延伸的阻光层。阻光层可以包括在所述多个光电转换区域中的第一光电转换区域与所述多个透镜中的第一透镜之间的开口。开口在第一方向上的最宽宽度与所述多个透镜中的所述第一透镜在第一方向上的最宽宽度的比率可以为至多约1:2。
根据本发明构思的一些实施方式，一种光学扫描仪的光学传感器可以包括多个光电转换区域、在所述多个光电转换区域上的多个透镜、以及在所述多个光电转换区域与所述多个透镜之间延伸的阻光层。阻光层可以包括在所述多个光电转换区域中的第一光电转换区域与所述多个透镜中的第一透镜之间的开口。阻光层可以配置为反射或吸收入射在阻光层上的光，使得光通过该开口选择性地入射在所述多个光电转换区域中的第一光电转换区域上。响应于光的第一部分而由所述多个光电转换区域中的第一光电转换区域产生的第一信号的大小可以是响应于光的第二部分而由所述多个光电转换区中的第一光电转换区域产生的第二信号的大小的约两倍，光的第一部分以基本上直角入射在所述多个光电转换区域中的第一光电转换区域上，光的第二部分相对于光的第一部分具有约2.5度的角度。
附图说明
从以下结合附图进行的描述，示例实施方式将被更清楚地理解。附图体现了如这里所述的非限制性的示例实施方式。
图1是根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的像素的电路图。
图2是根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的俯视图。
图3是沿着图2的线I-I'截取的剖视图。
图4是沿着与图2的线I-I'对应的线截取并示出根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的修改示例的剖视图。
图5是沿着与图2的线I-I'对应的线截取并示出根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的另一修改示例的剖视图。
图6是根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的俯视图。
图7是沿着图6的线I-I'截取的剖视图。
图8是根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的俯视图。
图9是沿着图8的线I-I'截取的剖视图。
图10是根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的俯视图。
图11是沿着图10的线I-I'截取的剖视图。
图12A是示出根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的角度响应的曲线图。
图12B是示出根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的角度响应的曲线图。
图13A和图13B是根据本发明构思的一些实施方式的图3的部分A的剖视图。
图14A至图14C是沿着与图2的线I-I'对应的线截取的剖视图，用于示出根据本发明构思的一些实施方式的形成图像传感器的栅格图案的方法。
图15A和图15B是沿着与图2的线I-I'对应的线截取的剖视图，用于示出根据本发明构思的一些实施方式的制造图像传感器的方法。
图16是包括根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的电子设备的示意图。
图17是沿着图16的线I-I'截取的剖视图。
应注意，这些附图旨在示出示例实施方式中利用的方法、器件和/或材料的一般特征并对下面提供的书面描述进行补充。然而，这些附图没有按比例，可能没有精确地反映任何给定实施方式的精确的结构特征或性能特征，并且不应被解释为限定或限制示例实施方式所涵盖的值或性质的范围。例如，为了清楚，可以减小或夸大层、区域和/或结构元件的相对厚度和定位。在各个附图中使用相似或相同的附图标记旨在表示存在相似或相同的元件或特征。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述本发明构思的示例实施方式，示例实施方式在附图中示出。当在这里使用时，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项目的任何及所有组合。将理解，光学传感器也可以在这里被称为“图像传感器”(例如CMOS图像传感器)，并且光学传感器可以被包括在光学扫描仪(例如指纹扫描仪)中。
图1是根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的像素的电路图。
参照图1，图像传感器可以包括多个像素PX，每个像素PX包括光电转换区域PD、传输晶体管Tx、源极跟随器晶体管Sx、复位晶体管Rx和选择晶体管Ax。传输晶体管Tx、源极跟随器晶体管Sx、复位晶体管Rx和选择晶体管Ax可以分别包括传输栅极TG、源极跟随器栅极SG、复位栅极RG和选择栅极AG。
光电转换区域PD可以是例如包括n型杂质区域和p型杂质区域的光电二极管。浮置扩散区域FD可以用作传输晶体管Tx的漏电极。浮置扩散区域FD可以用作复位晶体管Rx的源电极。浮置扩散区域FD可以电连接到源极跟随器晶体管Sx的源极跟随器栅极SG。源极跟随器晶体管Sx可以连接到选择晶体管Ax。
在下文，将参照图1描述根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的操作。首先，为了在光阻挡状态下从浮置扩散区域FD释放电荷，电源电压VDD可以被施加到复位晶体管Rx的漏电极和源极跟随器晶体管Sx的漏电极，并且复位晶体管Rx可以被导通。此后，如果复位晶体管Rx被关断并且外部光入射到光电转换区域PD中，则电子-空穴对可以在光电转换区域PD中产生。空穴可以朝向光电转换区域PD的p型杂质区域移动并在其中累积，电子可以朝向光电转换区域PD的n型杂质区域移动并在其中累积。如果传输晶体管Tx被导通，则电荷(即电子和空穴)可以被传输到浮置扩散区域FD并在其中累积。所累积的电荷的量的变化可以导致源极跟随器晶体管Sx的栅极偏压的变化，这可以导致源极跟随器晶体管Sx的源极电势的变化。因此，如果选择晶体管Ax被导通，则电荷量可以被读出作为信号(例如Vout)以通过列线传输。从像素PX输出的信号(例如Vout)被处理以生成待成像的物体的图像。
尽管图1的像素被示出为具有单个光电转换区域PD和四个晶体管(即Tx、Rx、Ax和Sx)，但是本发明构思不限于此。例如，图像传感器可以包括多个像素PX，并且在一些实施方式中，复位晶体管Rx、源极跟随器晶体管Sx或选择晶体管Ax可以由像素PX中的相邻的像素共用。这使得可以增大图像传感器的集成密度。
图2是根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的俯视图，图3是沿着图2的线I-I'截取的剖视图。
参照图2和图3，包括多个像素PX的基板100可以被提供。器件隔离图案102可以提供在基板100中，这里，器件隔离图案102可以沿着像素PX之间的边界(例如像素PX的边界区域)提供并可以穿过基板100的至少一部分。基板100可以是例如半导体基板(例如硅晶片、锗晶片、硅锗晶片、II-VI族化合物半导体晶片、或III-V族化合物半导体晶片)、或绝缘体上硅(SOI)晶片。器件隔离图案102可以具有与基板100的第一表面100a共平面或相邻的顶表面。器件隔离图案102可以具有与基板100的第二表面100b共平面或相邻的底表面。第一表面100a和第二表面100b可以是基板100的在与第一表面100a正交(即垂直)的第一方向D1上彼此间隔开的两个相反的表面。在一些实施方式中，图2的多个像素PX的全部(即九个像素)输出信号，该信号被处理以生成待成像的物体的图像。
光电转换区域PD可以提供在每个像素PX中。光电转换区域PD可以是被掺杂以具有第一导电类型的杂质区域。例如，光电转换区域PD可以包含n型杂质(例如磷、砷、铋和/或锑)。阱区域104可以提供在每个像素PX中。阱区域104可以是被掺杂以具有不同于第一导电类型的第二导电类型的杂质区域。例如，阱区域104可以包含p型杂质(例如铝(Al)、硼(B)、铟(In)和/或镓(Ga))。阱区域104可以与基板100的第二表面100b相邻地提供，光电转换区域PD可以与基板100的第二表面100b间隔开并使阱区域104插置在其间。浮置扩散区域FD可以提供在每个像素PX中。浮置扩散区域FD可以与基板100的第二表面100b相邻地提供。浮置扩散区域FD可以提供在阱区域104中，并可以是其导电类型不同于阱区域104的导电类型的杂质区域。例如，浮置扩散区域FD可以是具有第一导电类型(例如包含n型杂质)的杂质区域。
传输栅极TG可以提供在基板100的第二表面100b上。传输栅极TG可以分别提供在所述多个像素PX上。每个传输栅极TG可以与像素PX中的对应一个像素的浮置扩散区域FD相邻地提供。
互连结构110可以提供在基板100的第二表面100b上。互连结构110可以包括顺序地堆叠在基板100的第二表面100b上的第一层间绝缘层110a、第二层间绝缘层110b和第三层间绝缘层110c。第一层间绝缘层110a可以被提供为与基板100的第二表面100b接触并在传输栅极TG上延伸(例如覆盖传输栅极TG)。互连结构110还可以包括提供为穿过第一层间绝缘层110a的通路插塞112以及提供在第二层间绝缘层110b和第三层间绝缘层110c中的互连线114。每个通路插塞112可以连接到像素PX中的对应一个像素的浮置扩散区域FD，并可以连接到互连线114中的对应一个。
抗反射层120可以提供在基板100的第一表面100a上。抗反射层120可以与互连结构110间隔开而使基板100插置在其间。抗反射层120可以被提供为在所述多个像素PX和器件隔离图案102上延伸(例如覆盖所述多个像素PX和器件隔离图案102)。抗反射层120可以阻碍/防止光L被基板100的第一表面100a反射，从而允许光L有效地入射到光电转换区域PD中。将参照图13A和图13B更详细地描述抗反射层120。
栅格图案130可以提供在基板100的第一表面100a上。栅格图案130也可以在这里被称为“阻光图案”，因为它可以反射、阻挡或以其它方式阻碍倾斜光L1而使其不通过到达光电转换区域PD。在一些实施方式中，当栅格图案130分别反射或阻挡倾斜光L1时，栅格图案130可以在这里被称为“光反射图案”或“光阻挡图案”。抗反射层120可以提供在基板100与栅格图案130之间。当在俯视图中看时，栅格图案130可以与所述多个像素PX和器件隔离图案102重叠，在下文，该俯视图是指垂直于第一方向D1的平面。栅格图案130可以具有提供为穿过(例如延伸得完全穿过)栅格图案130的多个开口132。例如，每个开口132可以延伸穿过栅格图案130的上表面和下表面。每个开口132可以被提供为暴露抗反射层120的顶表面。所述多个开口132可以分别形成在所述多个像素PX上，并可以在平行于基板100的第一表面100a的方向上彼此间隔开。作为示例，当在俯视图中看时，所述多个像素PX可以在第二方向D2和第三方向D3上二维地布置，如图2所示。第二方向D2和第三方向D3可以平行于基板100的第一表面100a并可以彼此相交(例如交叉)。第二方向D2和第三方向D3可以垂直于第一方向D1。在这种情况下，所述多个开口132可以在第二方向D2和第三方向D3两者上彼此间隔开，并可以分别形成在所述多个像素PX上。当在俯视图中看时，每个开口132可以是圆形的，但是本发明构思不限于此。在一些实施方式中，当在俯视图中看时，每个开口132可以是四边形或矩形的。
当在俯视图中看时，所述多个开口132可以分别与所述多个像素PX重叠。光L可以通过开口132入射到像素PX中。每个开口132可以具有比每个像素PX的第二宽度PX_W小的第一宽度132W。每个像素PX的第二宽度PX_W可以是其最宽的宽度。将理解，当在俯视图中看时，当所述多个开口132的每个是圆形的时，第一宽度132W是其直径。还将理解，当所述多个开口132的每个不是圆形的时，第一宽度132W是其最宽的宽度。第一宽度132W和第二宽度PX_W可以是在平行于基板100的第一表面100a的方向上(例如在第二方向D2上)测量的距离。如图3所示，第二宽度PX_W可以是一对器件隔离图案102之间的中心到中心的距离，该对器件隔离图案102定位为彼此面对而使对应的像素PX插置在其间。
作为示例，第一宽度132W与第二宽度PX_W的比率可以大于0且小于1(即0<132W/PX_W<1)。第一宽度132W可以被选择/调节以阻碍/防止相对于基板100的第一表面100a以倾斜角度入射的倾斜光L1入射到像素PX中，并被选择/调节以允许倾斜光L1被栅格图案130反射。相对于基板100的第一表面100a以基本上直角入射的直射光L2可以通过开口132入射到像素PX上/中。换言之，第一宽度132W可以被选择/调节以允许每个像素PX选择性地收集光L的朝向基板100的第一表面100a传播的一份/部分(即直射光L2)。这里，直射光L2可以被定义为光L的具有约0°至约15°的入射角的一份/部分。光L的入射角是指垂直于基板100的第一表面100a的方向(例如第一方向D1)与光L之间的角度。如果第一宽度132W与第二宽度PX_W的比率减小，则可以减小由每个像素PX收集的直射光L2的入射角的范围。第一宽度132W可以被选择/调节以允许每个像素PX选择性地收集以期望的入射角入射的光。
在一些实施方式中，开口132可以相对于透镜140和/或光电转换区域PD居中(即与透镜140和/或光电转换区域PD的中心对准)，如图2所示。因此，直射光L2可以从透镜140(例如从其中心)选择性地提供到光电转换区域PD(例如到其中心)。
栅格图案130可以具有与相邻的一对开口132之间的距离(例如最短距离)对应的第三宽度130W。在相邻的每对像素PX之间，器件隔离图案102可以具有第四宽度102W。第四宽度102W可以是器件隔离图案102的分别与每对像素PX相邻的侧表面之间的距离。第三宽度130W和第四宽度102W可以是在平行于基板100的第一表面100a的方向上(例如在第二方向D2上)测量的距离。第三宽度130W可以大于(即宽于)第四宽度102W。栅格图案130可以由金属性材料(例如金属和金属氮化物中的至少一种)形成或者包括金属性材料(例如金属和金属氮化物中的至少一种)。
平坦化层150可以提供在基板100的第一表面100a上。平坦化层150可以在栅格图案130上延伸(例如覆盖栅格图案130)，并且栅格图案130可以提供在平坦化层150中。平坦化层150可以在栅格图案130的顶表面上延伸(例如覆盖栅格图案130的顶表面)，并可以延伸到每个开口132中以与抗反射层120接触。平坦化层150可以包含高浓度的杂质。作为示例，平坦化层150可以包含p型杂质诸如硼(B)。
多个微透镜140可以提供在基板100的第一表面100a上。微透镜140的阵列/组可以提供在平坦化层150上。在一些实施方式中，微透镜140可以直接接触平坦化层150，如图3所示。平坦化层150可以提供在基板100与微透镜140的阵列之间，并且栅格图案130可以提供在基板100与平坦化层150之间。当在俯视图中看时，微透镜140可以分别与像素PX重叠，并可以分别与开口132重叠。因此，当在俯视图中看时，每个开口132可以被微透镜140中的对应一个重叠，并可以与像素PX中的对应一个重叠。
尽管这里使用术语“微透镜”，但是将理解，微透镜140可以是用于图像传感器的各种类型的透镜中的一种。此外，将理解，栅格图案130可以基于栅格图案130与光电转换区域PD重叠(以阻挡/反射倾斜光L1)或者具有开口132(其使直射光L2通过到达光电转换区域PD)的不同位置而选择性地使光L通过或阻碍光L。因此，栅格图案130可以在这里被称为在透镜140的第一部分与光电转换区域PD的第一部分(例如与透镜140的第一部分垂直对准的部分)之间以阻挡/反射倾斜光L1的“阻光图案”。此外，阻光图案130可以在其中包括在透镜140的第二部分与光电转换区域PD的第二部分(例如与透镜140的第二部分垂直对准的部分)之间的开口132，以使直射光L2通过。
每个开口132的第一宽度132W可以小于每个微透镜140的直径140D。作为示例，第一宽度132W与直径140D的比率可以大于0且小于0.7(即0<132W/140D<0.7)。例如，第一宽度132W与直径140D的比率可以为约1:10(即132W/140D＝0.1)。直径140D可以是在平行于基板100的第一表面100a的方向上(例如在第二方向D2上)测量的距离。每个开口132的第一宽度132W可以被选择/调节以阻碍/防止通过微透镜140入射的倾斜光L1入射到像素PX上/中，并被选择/调节以允许倾斜光L1被栅格图案130反射。通过微透镜140入射的直射光L2可以通过所述多个开口132入射到所述多个像素PX上/中。换言之，第一宽度132W可以被选择/调节以允许每个像素PX选择性地收集光L的朝向基板100的第一表面100a传播的一份/部分(即直射光L2)。如果第一宽度132W与直径140D的比率减小，则可以减小由每个像素PX收集的直射光L2的入射角的范围。
当在剖视图中看时，微透镜140的阵列可以与栅格图案130间隔开第一距离150H。在每个微透镜140中，第一距离150H与直径140D的比率可以在从约1:1至约1:1.5的范围内。每个微透镜140的曲率半径可以在从约2.8μm至3.0μm的范围内。作为示例，每个微透镜140的曲率半径可以为约2.92μm。
如果由每个像素PX收集的光的入射角的范围相对大，则当近的物体被选为待成像的对象时可能发生图像模糊现象。也就是，拍摄近的物体的图像可能存在困难。
根据本发明构思的一些实施方式，栅格图案130的每个开口132可以具有比每个像素PX的宽度和每个微透镜140的直径(即PX_W和140D)小的宽度。每个开口132的宽度可以被选择/调节以允许由每个像素PX收集的光L具有相对小的入射角范围。例如，第一宽度132W与直径140D的比率可以大于1:10、大于1:9、大于1:8、大于1:7、大于1:6、大于1:5、大于1:4、大于1:3或大于1:2但是小于0.7(即第一宽度132W/直径140D<0.7)。在一些实施方式中，第一宽度132W与直径140D的比率可以为至多约1:2。在一些实施方式中，第一宽度132W与直径140D的比率可以为至少约1:10。这使得可以实现能够容易地拍摄近的物体的图像的图像传感器。在一些实施方式中，图像传感器可以用于指纹识别。
图4是沿着与图2的线I-I'对应的线截取并示出根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的修改示例的剖视图。在以下的描述中，为了简洁，之前参照图2和图3描述的元件可以由相似或相同的附图标记标识，而不重复其重叠的描述。
参照图2和图4，滤色器CF可以提供在基板100的第一表面100a上。滤色器CF的阵列(例如组)可以提供在平坦化层150与微透镜140的阵列之间。在一些实施方式中，微透镜140可以直接接触滤色器CF。当在与第一方向D1正交(例如垂直)的俯视图中看时，滤色器CF可以分别与所述多个像素PX重叠，并可以分别与所述多个开口132重叠。
参照图2和图4，平坦化层150可以提供在基板100的第一表面100a上。平坦化层150可以提供在抗反射层120与滤色器CF的阵列/组之间。栅格图案130可以提供在平坦化层150中。平坦化层150可以在栅格图案130的顶表面上延伸(例如覆盖栅格图案130的顶表面)，并可以延伸到每个开口132中以与抗反射层120接触。平坦化层150可以包含高浓度的杂质。作为示例，平坦化层150可以包含p型杂质诸如硼(B)。
图5是沿着与图2的线I-I'对应的线截取并示出根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的另一修改示例的剖视图。在以下的描述中，为了简洁，之前参照图2和图3描述的元件可以由相似或相同的附图标记标识，而不重复其重叠的描述。
参照图2和图5，光电转换区域PD和阱区域104可以提供在每个像素PX中。阱区域104可以与基板100的第一表面100a相邻地提供，光电转换区域PD可以与基板100的第一表面100a间隔开而使阱区域104插置在其间。浮置扩散区域FD可以提供在每个像素PX中。浮置扩散区域FD可以提供在阱区域104中以与基板100的第一表面100a相邻。传输栅极TG可以提供在基板100的第一表面100a上。
互连结构110可以提供在基板100的第一表面100a上。互连结构110可以提供在基板100与抗反射层120之间。互连结构110可以包括顺序地堆叠在基板100的第一表面100a上的第一层间绝缘层110a、第二层间绝缘层110b和第三层间绝缘层110c。第一层间绝缘层110a可以被提供为与基板100的第一表面100a接触，并可以在传输栅极TG上延伸(例如覆盖传输栅极TG)。第三层间绝缘层110c可以与抗反射层120接触。
尽管图3和图5没有示出滤色器CF，但是将理解，滤色器CF可以提供在微透镜140与平坦化层150之间。在一些实施方式中，图3和图5的微透镜140可以直接接触下面的滤色器CF。
图6是根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的俯视图，图7是沿着图6的线I-I'截取的剖视图。在以下的描述中，为了简洁，之前参照图2和图3描述的元件可以由相似或相同的附图标记标识，而不重复其重叠的描述。
参照图6和图7，微透镜140可以提供在基板100的第一表面100a上。当在俯视图中看时，微透镜140可以分别与像素PX重叠。栅格图案130可以提供在基板100与微透镜140的阵列/组之间，并且当在俯视图中看时，每个开口132可以被微透镜140中的对应一个重叠并可以与所述多个像素PX中的对应一个重叠。每个开口132的第一宽度132W可以小于每个像素PX的第二宽度PX_W，并可以小于每个微透镜140的直径140D。
根据一些实施方式，如图7所示，每个微透镜140的直径140D可以小于(即窄于)每个像素PX的第二宽度PX_W。如果每个微透镜140的尺寸减小，则可以减少由每个微透镜140收集的光的量。然而，根据一些实施方式，如图7所示，每个微透镜140的曲率可以随着每个微透镜140的直径140D减小而增大。因此，可以防止或抑制由微透镜140收集的光量减少。换言之，每个微透镜140的曲率可以被选择/调节以补偿由每个微透镜140收集的光量的减少。此外，如果每个微透镜140的曲率增大，则可以增大倾斜光L1与光L的比率。在这种情况下，每个开口132的第一宽度132W可以被更容易地选择/调节为在其中倾斜光L1被阻碍/防止入射到像素PX中的非预期的像素上/中并被允许由栅格图案130反射的范围内。因此，每个像素PX可以用于容易地并选择性地收集直射光L2。
微透镜140可以在第一方向D1上具有最厚的厚度140T，并且在一些实施方式中，微透镜140的最厚的厚度140T可以大于微透镜140的半径(即直径140D的一半)。
每个微透镜140可以局部地提供在像素PX中的对应一个的光电转换区域PD上。微透镜140可以通过插置在其间的平坦部分142而彼此连接。当在俯视图中看时，平坦部分142可以与器件隔离图案102重叠。平坦部分142可以具有与相邻的一对微透镜140的弯曲部分之间的距离对应的第五宽度142W。第五宽度142W可以是在平行于基板100的第一表面100a的方向上(例如在第二方向D2上)测量的距离。如图6所示，第五宽度142W可以是相邻的一对微透镜140的弯曲部分之间的最短距离。平坦部分142的第五宽度142W可以小于(即窄于)栅格图案130的第三宽度130W，并可以大于(即宽于)器件隔离图案102的第四宽度102W。
在一些实施方式中，每个微透镜140的直径140D可以窄于每个光电转换区域PD的第六宽度PD_W，如图6和图7所示。因此，当在俯视图中看时，每个光电转换区域PD可以包括不被微透镜140中的对应一个重叠的边缘部分。直径140D可以是在平行于基板100的第一表面100a的方向上(例如在第二方向D2上)测量的距离。将理解，当每个微透镜140不是圆形的时，直径140D可以是每个微透镜140的在平行于基板100的第一表面100a的方向上(例如在第二方向D2上)测量的最宽宽度。
图8是根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的俯视图，图9是沿着图8的线I-I'截取的剖视图。在以下的描述中，为了简洁，之前参照图2和图3描述的元件可以由相似或相同的附图标记标识，而不重复其重叠描述。
参照图8和图9，栅格图案130可以提供在基板100的第一表面100a上。抗反射层120可以提供在基板100与栅格图案130之间。当在俯视图中看时，栅格图案130可以与多个像素PX和器件隔离图案102重叠。栅格图案130可以具有提供为穿过(例如完全延伸穿过)栅格图案130的多个开口132。每个开口132可以被提供为暴露抗反射层120的顶表面。所述多个开口132可以在平行于基板100的第一表面100a的方向上彼此间隔开。根据一些实施方式，如图9所示，当在俯视图中看时，开口132中的多于一个可以与所述多个像素PX中的公共/单一/相同的一个重叠。作为示例，至少两个开口132可以提供在每个像素PX上。因此，至少两个开口132可以与像素PX中的公共的(即相同的)一个重叠。尽管图8示出在每个像素PX上形成为具有四个开口132的栅格图案130，但是本发明构思不限于此。例如，提供在每个像素PX上的开口132的数量可以被各种各样地选择/改变。每个开口132的第一宽度132W可以小于(即窄于)每个像素PX的第二宽度PX_W。
微透镜140可以提供在基板100的第一表面100a上。栅格图案130可以提供在基板100与微透镜140的阵列/组之间，并且当在俯视图中看时，开口132可以分别被微透镜140重叠。根据一些实施方式，如图9所示，当在俯视图中看时，微透镜140中的多于一个可以分别与像素PX中的公共/单一/相同的一个重叠。作为示例，至少两个微透镜140可以提供在每个像素PX上。尽管图8示出在每个像素PX上包括四个微透镜140的结构，但是本发明构思不限于此。例如，提供在每个像素PX上的微透镜140的数量可以被各种各样地选择/改变。每个开口132的第一宽度132W可以小于(即窄于)每个微透镜140的直径140D。每个微透镜140的直径140D可以小于(即窄于)每个像素PX的第二宽度PX_W。随着直径140D减小，每个微透镜140的曲率可以增大。根据一些实施方式，每个像素PX可以用于容易地并选择性地收集直射光L2。
图10是根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的俯视图，图11是沿着图10的线I-I'截取的剖视图。在以下的描述中，为了简洁，之前参照图2和图3描述的元件可以由相似或相同的附图标记标识，而不重复其重叠的描述。
参照图10和图11，栅格图案130可以提供在基板100的第一表面100a上。抗反射层120可以提供在基板100与栅格图案130之间。当在俯视图中看时，栅格图案130可以与所述多个像素PX和器件隔离图案102重叠。栅格图案130可以具有提供为穿过栅格图案130的多个开口132。每个开口132可以被提供为暴露抗反射层120的顶表面。根据一些实施方式，当在俯视图中看时，每个开口132可以与所述多个像素PX中的对应一个重叠。栅格图案130可以延伸到邻近像素PX上，该邻近像素PX被定位为与像素PX中的被开口132重叠的所述对应一个直接地相邻，并且栅格图案130可以覆盖邻近像素PX的相应部分。也就是，栅格图案130的开口132可以形成为阻碍/防止光L入射到与其直接相邻定位的邻近像素PX中。每个开口132的第一宽度132W可以小于(即窄于)每个像素PX的第二宽度PX_W。在一些实施方式中，栅格图案130可以完全覆盖邻近像素PX的光电转换区域PD的上表面，如图10所示。参照图10，在一些实施方式中，栅格图案130的开口132可以都不与邻近像素PX的光电转换区域PD重叠。
微透镜140可以提供在基板100的第一表面100a上。栅格图案130可以提供在基板100与微透镜140的阵列/组之间。当在俯视图中看时，开口132可以分别被微透镜140重叠。根据一些实施方式，当在俯视图中看时，每个微透镜140可以分别与像素PX中的对应一个重叠。每个微透镜140可以延伸到邻近像素PX上，该邻近像素PX被定位为与像素PX中的被开口132重叠的所述对应一个直接相邻。每个开口132的第一宽度132W可以小于(即窄于)每个微透镜140的直径140D。每个微透镜140的直径140D可以大于(即宽于)每个像素PX的第二宽度PX_W。在这种情况下，随着微透镜140的尺寸增大，可以增加由微透镜140收集的光的量。
图12A和图12B是每个示出根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的角度响应的曲线图。
参照图12A，根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器可以响应于以约15°或更大的入射角入射的倾斜光而产生信号，该信号具有小于响应于在与第一表面100a正交(例如垂直)的方向上入射的直射光(例如具有0°的入射角的光)所产生的信号的大小的50％的大小(即，输出信号与输入信号的比率)。将理解，图像传感器的栅格图案130可以阻碍/防止具有约15°或更大的入射角的倾斜光的多于50％入射到图像传感器的像素PX中。这可以在栅格图案130的每个开口132具有比每个像素PX的宽度和每个微透镜140的直径小的期望(例如预定)宽度时实现。还将理解，由图像传感器的像素产生的信号的大小可以与由图像传感器的像素产生的电荷(例如电子)的数量成比例。
参照图12B，根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器可以响应于以约2.5°或更大的入射角入射的倾斜光而产生信号，该信号具有小于响应于在与第一表面100a正交的方向上入射的直射光(例如具有0°的入射角的光)所产生的信号的大小的50％的大小。将理解，图像传感器的栅格图案130可以阻碍/防止具有约2.5°或更大的入射角的倾斜光中的多于50％入射到图像传感器的像素PX中。这可以在栅格图案130的开口132的第一宽度132W与微透镜140的直径140D的比率为约1:10、第一距离150H与微透镜140的直径140D的比率在从约1:1至约1:1.5的范围内并且微透镜140的曲率半径为约2.92μm时实现。
图13A和图13B是每个示出图3的部分A的剖视图。在下文，将更详细地描述根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的抗反射层120。
参照图13A，根据本发明构思的一些实施方式的抗反射层120可以被提供为在器件隔离图案102的顶表面上延伸(例如覆盖器件隔离图案102的顶表面)，并且器件隔离图案102可以由氧化物、氮化物和氮氧化物中的至少一种形成或者包括氧化物、氮化物和氮氧化物中的至少一种。器件隔离图案102可以包括氧化物、氮化物和/或氮氧化物。抗反射层120可以是包括顺序地堆叠在基板100的第一表面100a上的多个层的多层结构。例如，抗反射层120可以包括顺序地堆叠在基板100的第一表面100a上的第一氧化物121、第二氧化物123、第三氧化物125、第四氧化物127和第五氧化物129。在一些实施方式中，第一氧化物121和第五氧化物129可以由相同的材料形成或者包括相同的材料。作为示例，第一氧化物121和第五氧化物129可以由铝氧化物形成或者包括铝氧化物。在一些实施方式中，第二氧化物123和第四氧化物127可以由相同的材料形成或者包括相同的材料。作为示例，第二氧化物123和第四氧化物127可以由铪氧化物形成或者包括铪氧化物。第三氧化物125可以由例如硅氧化物形成或者包括例如硅氧化物。第三氧化物125可以比其它氧化物121、123、127和129厚。
参照图13B，根据本发明构思的一些实施方式的抗反射层120可以是包括顺序地堆叠在基板100的第一表面100a上的多个层的多层结构。例如，抗反射层120可以包括顺序地堆叠在基板100的第一表面100a上的第一氧化物121、第二氧化物123、第三氧化物125、第四氧化物127和第五氧化物129。在一些实施方式中，抗反射层120的至少一部分(例如第一至第五氧化物121、123、125、127和129的至少一部分)可以延伸到穿过基板100的沟槽102T中。抗反射层120的所述至少部分可以是器件隔离图案102。
图14A至图14C是沿着与图2的线I-I'对应的线截取的剖视图，用于示出根据本发明构思的一些实施方式的形成图像传感器的栅格图案的方法。为了减少附图中的复杂性，从图14A至图14C省略了基板100、互连结构110和抗反射层120的详细图示。
参照图14A，金属层134和掩模层160可以顺序地形成在下结构200上。下结构200可以是其中提供参照图3至图5描述的基板100、互连结构110和抗反射层120的结构。下结构200可以包括提供在基板100和互连结构110中的元件(例如光电转换区域PD、互连线114等)。金属层134可以由金属和金属氮化物中的至少一种形成或者包括金属和金属氮化物中的至少一种。金属层134可以包括金属和/或金属氮化物。掩模层160可以是由氧化物、氮化物和氮氧化物中的至少一种形成或者包括氧化物、氮化物和氮氧化物中的至少一种的硬掩模层。掩模层160可以包括氧化物、氮化物和/或氮氧化物。
光致抗蚀剂图案170可以形成在掩模层160上。光致抗蚀剂图案170可以用于形成参照图3至图5描述的栅格图案130。光致抗蚀剂图案170可以包括形成为穿过光致抗蚀剂图案170并暴露掩模层160的顶表面的多个第一孔172。每个第一孔172可以限定将在栅格图案130中形成的开口132中的对应一个的形状和位置。
参照图14B，掩模层160可以使用光致抗蚀剂图案170作为蚀刻掩模来蚀刻以形成掩模图案162。作为示例，掩模层160的蚀刻可以使用干蚀刻工艺执行。光致抗蚀剂图案170可以使用灰化和/或剥离工艺去除。掩模图案162可以包括形成为穿过掩模图案162并暴露金属层134的顶表面的多个第二孔164。每个第二孔164可以用于限定将在金属层134中形成的开口132中的对应一个的位置和形状。
参照图14C，金属层134可以使用掩模图案162作为蚀刻掩模来蚀刻以形成栅格图案130。作为示例，金属层134的蚀刻可以使用干蚀刻工艺执行。掩模图案162可以使用例如剥离工艺去除。栅格图案130可以包括形成为穿过栅格图案130并暴露下结构200的顶表面的多个开口132。如参照图3至图5所述，每个开口132可以形成为具有期望的(例如预定的)宽度132W。
参照图6至图11描述的栅格图案130可以通过基本上相同或相似的方法形成。
图15A和图15B是沿着与图2的线I-I'对应的线截取的剖视图，用于示出根据本发明构思的一些实施方式的制造图像传感器的方法。
参照图15A，器件隔离图案102可以形成在基板100中。器件隔离图案102的形成可以包括形成沟槽102T以穿过基板100的至少一部分以及形成绝缘层以填充沟槽102T。光电转换区域PD和阱区域104可以形成在基板100中。光电转换区域PD可以通过用第一导电类型的杂质掺杂基板100的一部分而形成，阱区域104可以通过用第二导电类型的杂质掺杂基板100的另一部分而形成。此外，浮置扩散区域FD和与其相邻的传输栅极TG可以分别形成在基板100中和在基板100上。浮置扩散区域FD可以通过用第一导电类型的杂质掺杂基板100的另外的区域而形成。
互连结构110可以形成在基板100的第二表面100b上。互连结构110的形成可以包括：在基板100的第二表面100b上形成第一层间绝缘层110a以在传输栅极TG上延伸(例如覆盖传输栅极TG)；形成通路112以穿过第一层间绝缘层110a；在第一层间绝缘层110a上形成互连线114以将通路112彼此连接；以及形成第二层间绝缘层110b和第三层间绝缘层110c以在互连线114上延伸(例如覆盖互连线114)。在一些实施方式中，在互连结构110的形成之后，可以对基板100的第一表面100a执行背部研磨工艺。背部研磨工艺可以被执行以通过基板100的第一表面100a暴露器件隔离图案102。此后，抗反射层120可以形成在基板100的第一表面100a上。
作为示例，如图13A所示，抗反射层120可以是包括顺序地堆叠在基板100的第一表面100a上的多个层的多层结构。作为示例，如图13B所示，抗反射层120的至少一部分(即第一至第五氧化物121、123、125、127和129的至少一部分)可以形成为在沟槽102T的内表面上延伸(例如覆盖沟槽102T的内表面)，在这种情况下，抗反射层120的所述至少部分可以是器件隔离图案102的至少一部分。
参照图15B，栅格图案130可以形成在抗反射层120上。栅格图案130可以通过参照图14A至图14C描述的方法形成。
返回参照图3，平坦化层150和微透镜140的阵列/组可以顺序地形成在栅格图案130上。
图16是包括根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器的电子设备的示意图。图17是沿着图16的线I-I'截取的剖视图，示出图像传感器的结构和操作。
参照图16和图17，根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器可以用作具有成像功能的电子设备2000(例如移动电话或智能电话)的一部分。电子设备2000可以包括印刷电路板1000、提供在印刷电路板1000上的显示面板1500、以及在印刷电路板1000与显示面板1500之间的感测单元1600。显示面板1500可以包括提供在其中的光源1510(例如OLED)。感测单元1600可以通过导电元件1400电连接到印刷电路板1000。感测单元1600可以包括提供在封装基板1300上的指纹传感器1100以及提供在封装基板1300上以在指纹传感器1100上延伸(例如覆盖指纹传感器1100)的保护层1200。感测单元1600可以被称为光学扫描仪，指纹传感器1100可以被称为光学传感器。
参照图17，当手指3000触摸显示面板1500的一部分的表面时，光可以从显示面板1500的光源1510发射并可以被反射离开手指3000，并且指纹传感器1100可以感测反射光1700。在一些实施方式中，反射光1700可以行进穿过显示面板1500(例如显示面板1500的光源1510)，如图17所示。根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器可以用作指纹传感器1100。在这种情况下，图像传感器可以配置为选择性地收集在基本上垂直的方向上入射到指纹传感器1100中的直射光。这使得可以容易地识别指纹。在一些实施方式中，在显示面板1500的光源1510与其中包括微透镜的指纹传感器1100之间可以不提供额外的透镜(例如模块透镜)。在一些实施方式中，在显示面板1500的让手指接触的部分的表面与其中包括微透镜的指纹传感器1100之间可以不提供额外的透镜(例如模块透镜)。
将理解，当指纹传感器1100与显示面板1500组装时，图3、图4、图5、图7、图9和图11的基板100的第一表面100a面对显示面板1500，因此微透镜140提供在显示面板1500与栅格图案130之间。
将理解，显示面板1500的与指纹传感器1100重叠的部分以及显示面板1500的其余部分可以包括相同的元件，因此显示面板1500的该部分在这部分不用作扫描仪时也可以用于显示图像。因此，显示面板1500可以不包括仅专用于扫描的部分。
根据本发明构思的一些实施方式，栅格图案可以具有多个开口，每个开口穿过(例如完全地延伸穿过)栅格图案，与像素中的对应一个垂直地重叠，并与微透镜中的对应一个垂直地重叠。每个开口可以具有比对应像素的宽度和对应微透镜的直径小(即窄)的宽度，因此该对应像素可以用于选择性地收集以期望的(例如预定的)入射角入射的光。这使得可以实现当拍摄近的物体(例如手指)的图像时能够容易地减少图像模糊的图像传感器，因为减小由像素收集的光的入射角的范围可以减少图像模糊。
根据本发明构思的一些实施方式，栅格图案中的每个开口的宽度可以被选择/调节，以允许对应像素选择性地收集以期望的入射角入射的光。因此，在根据本发明构思的一些实施方式的图像传感器中，可以选择性地收集以期望的入射角入射的光并在拍摄近的物体的图像时容易地减少图像模糊。
以上公开的主题将被认为是说明性的而非限制性的，并且权利要求书旨在覆盖落入本发明构思的实际精神和范围内的所有这样的修改、增强和其它实施方式。因此，至法律允许的最大程度，本发明构思的范围由权利要求书及其等同物的最宽可允许的解释确定，而不应受之前的详细描述的约束或限制。
本申请要求于2017年4月17日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0049219号的优先权，其公开内容通过引用整体地结合于此。

Claims (16)

1.一种光学扫描仪的光学传感器，所述光学传感器包括：
多个光电转换区域，包括第一光电转换区域和第二光电转换区域；
多个透镜，包括在所述第一光电转换区域上的第一透镜和在所述第二光电转换区域上的第二透镜；
阻光层，在所述多个光电转换区域和所述多个透镜之间延伸，所述阻光层包括：
第一开口，在所述第一光电转换区域和所述第一透镜之间；和
第二开口，在所述第二光电转换区域和所述第二透镜之间；
平坦化层，在所述阻光层上；以及
平坦部分，连接所述第一透镜和所述第二透镜，
其中所述第一开口与所述第一光电转换区域重叠，并且所述第一光电转换区域配置为响应于入射在所述第一光电转换区域上的光而产生电荷，
其中所述多个透镜沿着第一方向布置，
其中所述第一透镜在垂直于所述第一方向的第二方向上与所述阻光层间隔开，
其中所述第一透镜和所述阻光层之间在所述第二方向上的距离等于或小于所述第一透镜在所述第一方向上的宽度，并且
其中所述平坦部分在所述第一方向上的宽度小于所述第一开口和所述第二开口之间在所述第一方向上的距离。
2.根据权利要求1所述的光学传感器，其中所述第一开口和所述第二开口在平面图中是圆形的。
3.根据权利要求2所述的光学传感器，其中所述平坦部分在所述第一方向上的所述宽度大于所述第一光电转换区域和所述第二光电转换区域之间在所述第一方向上的距离。
4.根据权利要求2所述的光学传感器，其中所述第一开口在所述第一方向上的宽度小于所述第一开口和所述第二开口之间在所述第一方向上的所述距离。
5.根据权利要求4所述的光学传感器，其中所述光学传感器配置为与有机发光二极管组装，使得所述第一透镜设置在所述第一开口与所述有机发光二极管之间。
6.根据权利要求4所述的光学传感器，其中所述第一透镜在所述第一方向上的所述宽度是所述第一开口在所述第一方向上的所述宽度的至少约两倍。
7.根据权利要求6所述的光学传感器，其中所述第一透镜在所述第一方向上的所述宽度是所述第一开口在所述第一方向上的所述宽度的约10倍。
8.根据权利要求6所述的光学传感器，其中所述光以约0°至约15°的入射角穿过所述第一开口。
9.根据权利要求6所述的光学传感器，其中所述第一透镜在所述第一方向上的中心与所述第一开口在所述第一方向上的中心垂直地对准。
10.根据权利要求9所述的光学传感器，其中所述第一开口在所述第一方向上的所述宽度与所述第一透镜在所述第一方向上的所述宽度的比率大于0且小于0.7。
11.根据权利要求10所述的光学传感器，其中所述多个透镜直接接触所述平坦化层。
12.一种光学扫描仪的光学传感器，所述光学传感器包括：
多个光电转换区域，包括第一光电转换区域和第二光电转换区域；
多个透镜，包括在所述第一光电转换区域上的第一透镜和在所述第二光电转换区域上的第二透镜；
阻光层，在所述多个光电转换区域和所述多个透镜之间延伸，所述阻光层包括：
第一开口，在所述第一光电转换区域和所述第一透镜之间；和
第二开口，在所述第二光电转换区域和所述第二透镜之间；
平坦化层，在所述阻光层上；以及
平坦部分，连接所述第一透镜和所述第二透镜，
其中所述第一开口与所述第一光电转换区域重叠，并且所述第一光电转换区域配置为响应于入射在所述第一光电转换区域上的光而产生电荷，
其中所述多个透镜沿着第一方向布置，
其中所述第一透镜在垂直于所述第一方向的第二方向上与所述阻光层间隔开，
其中所述第一开口在所述第一方向上的宽度小于所述第一开口和所述第二开口之间在所述第一方向上的距离，
其中所述平坦部分在所述第一方向上的宽度小于所述第一开口和所述第二开口之间在所述第一方向上的所述距离，并且
其中所述第一开口在所述第一方向上的所述宽度与所述第一透镜在所述第一方向上的宽度的比率大于0且小于0.7。
13.根据权利要求12所述的光学传感器，
其中所述第一透镜在所述第一方向上的所述宽度是所述第一开口在所述第一方向上的所述宽度的至少三倍。
14.根据权利要求13所述的光学传感器，
其中所述第一透镜在所述第一方向上的所述宽度是所述第一开口在所述第一方向上的所述宽度的至少两倍。
15.根据权利要求14所述的光学传感器，
其中所述第一透镜与所述阻光层之间在所述第二方向上的距离与所述第一透镜在所述第一方向上的所述宽度的比率为从1:1至1:1.5。
16.根据权利要求15所述的光学传感器，
其中所述多个透镜直接接触所述平坦化层。
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