CN112071870A - 图像感测装置及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种图像感测装置及其形成方法。图像感测装置包括：基板，该基板包括光电转换元件；以及栅格结构，该栅格结构设置在基板上。栅格结构可以包括内部栅格层和外部栅格层，该外部栅格层形成在内部栅格层外部，以提供形成在内部栅格层的侧表面和顶表面处的空气层。

Description

图像感测装置及其形成方法
技术领域
所公开技术的实施方式总体上涉及一种图像感测装置。
背景技术
图像感测装置是用于将光学图像转换成电信号的半导体装置。随着计算机行业和通信行业的最新发展，由诸如数码相机、便携式摄像机、个人通信系统(PCS)、游戏机、监控相机、医疗微型相机、机器人等的各种电子应用推动了对高质量和高性能图像传感器的需求。
发明内容
本专利文件特别地提供了可以有效提供入射光的光隔离(light guarding)效果并防止滤色器之间的光学串扰的图像感测装置的设计。
本公开的技术的一些实施方式涉及一种图像感测装置，该图像感测装置包括用于使入射光的光隔离效果最大化并防止滤色器之间的串扰的栅格结构。本公开的技术的一些实施方式涉及一种图像感测装置，该图像感测装置包括其中空隙空间围绕位于相邻滤色器之间的边界区域处的每个金属层的栅格结构，从而使相邻像素之间的串扰最小化。
在本公开的技术的一种实施方式中，图像感测装置可以包括：基板，该基板包括光电转换元件；以及栅格结构，该栅格结构设置在基板上。栅格结构可以包括内部栅格层和外部栅格层，该外部栅格层形成在内部栅格层外部以提供形成在内部栅格层的侧表面和顶表面处的空气层。
在本公开的技术的另一实施方式中，用于形成图像感测装置的方法可以包括以下步骤：在包括光电转换元件的基板上形成内部栅格层；沿内部栅格层的外表面形成牺牲膜；在牺牲膜上形成支承材料层；将牺牲膜和支承材料层图案化，以在预定的栅格结构区域中形成牺牲膜图案和支承膜的堆叠结构；形成第一覆盖膜以覆盖牺牲膜图案和支承膜的堆叠结构；去除牺牲膜图案以在去除了牺牲膜图案的位置处形成空气层；以及在第一覆盖膜上形成第二覆盖膜。
应当理解，本公开的技术的前述一般描述和以下详细描述都是说明性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本公开的进一步解释。
附图说明
当结合附图考虑以下详细描述时，本公开的技术的上述和其他特征以及有益方面将变得显而易见。
图1是示出基于本公开的技术的实施方式的图像感测装置的框图。
图2是示出基于本公开的技术的实施方式的沿图1所示的线A-A’截取的像素阵列的截面图。
图3是示出基于本公开的技术的实施方式的图2所示的缓冲层和栅格结构的截面图。
图4是示出基于本公开的技术的另一实施方式的图2所示的缓冲层和栅格结构的截面图。
图5A至图5G是示出用于形成图4所示的结构的方法的截面图。
图6是示出用于通过O2等离子体工艺去除牺牲膜图案的方法的概念图。
图7示出了基于本公开的技术的另一实施方式的包括栅格结构和缓冲层的结构的截面图。
图8是示出基于本公开的技术的另一实施方式的包括栅格结构和缓冲层的结构的截面图。
图9示出了基于本公开的技术的又一实施方式的包括栅格结构和缓冲层的结构的截面图。
具体实施方式
图1是示出基于本公开的技术的实施方式的图像感测装置的框图。
图像感测装置可以包括像素阵列100、相关双采样器(CDS)200、模数转换器(ADC)300、缓冲器400、行驱动器500、定时发生器600、控制寄存器700和斜坡信号发生器800。
像素阵列100可以包括以矩阵形状布置的多个单位像素(PX)。单位像素(PX)中的每一个可以将光学图像信息(例如，入射到单位像素上的光)转换成电图像信号以表示光学图像信息。在所公开技术的一些实施方式中，单位像素(PX)可以通过列线将电图像信号输出到相关双采样器(CDS)200。单位像素(PX)中的每一个可以联接到行线中的任一个和列线中的任一个。
图像感测装置可以使用相关双采样器(CDS)通过对像素信号采样两次以便取得这两次采样之间的差来去除像素的偏移值。例如，相关双采样器(CDS)可以通过比较光入射到像素之前和之后获得的像素输出电压来去除像素的偏移值，从而可以仅实际测量基于入射光的像素信号。相关双采样器(CDS)200可以保持和采样从像素阵列100的单位像素(PX)接收的电图像信号。例如，相关双采样器(CDS)200可以响应于从定时发生器600接收的时钟信号，基于参考电压电平和所接收到的电图像信号的电压电平来执行双采样，并且可以将与参考电压电平和所接收到的电图像信号的电压电平之间的差相对应的模拟信号发送到模数转换器(ADC)300。
模数转换器(ADC)300可以将从斜坡信号发生器800接收的斜坡信号与从相关双采样器(CDS)200接收的采样信号进行比较以输出指示斜坡信号和采样信号之间的比较结果的比较信号。在一些实施方式中，通过对时钟的数目进行计数直到交叉点，ADC 300可以使用参考信号(例如，斜坡信号)来多次采样输入信号(例如，像素信号)，并且对经采样的输入信号进行模数转换。ADC 300可以响应于从定时发生器600接收的时钟信号来计数比较信号的电平转换时间，并且可以将指示所计数的电平转换时间的计数值输出到缓冲器400。例如，ADC 300可以在输入信号高于参考信号的时间段内对时钟脉冲进行计数，并且在检测到交叉点(参考信号与输入信号的交叉)时停止对时钟脉冲进行计数。
缓冲器400可以存储从ADC 300接收的数字信号中的每一个，可以感测和放大数字信号中的每一个，并且可以输出经放大的数字信号中的每一个。因此，缓冲器400可以包括存储器(未示出)和感测放大器(未示出)。存储器可以存储计数值，并且计数值可以与多个单位像素(PX)的输出信号相关联。感测放大器可以感测和放大从存储器接收的每个计数值。
行驱动器500可以用于，响应于定时发生器600的输出信号，基于行线选择并驱动像素阵列100的所选像素。例如，行驱动器500可以产生选择信号以选择任何一条行线。选择信号可以包括控制信号以控制像素晶体管(未示出)的导通/截止操作。
定时发生器600可以产生定时信号以控制行驱动器500、相关双采样器(CDS)200、模数转换器(ADC)300和斜坡信号发生器800。
控制寄存器700可以产生控制信号以控制斜坡信号产生器800、定时发生器600和缓冲器400。
斜坡信号发生器800可以响应于从定时发生器600接收的控制信号而产生斜坡信号，以控制从缓冲器400接收的图像信号。
图2是示出沿图1所示的线A-A’截取的像素阵列100的截面图。
如图2所示，图像感测装置的像素阵列100可以包括基板110、缓冲层120、滤色器层130、栅格结构140和透镜层150。
基板110可以包括由合适的半导体材料制成的半导体基板。基板110可以为单晶态的，并且可以包括包含硅的材料。例如，基板110可以包括单晶硅或单晶的包含硅的材料。也就是说，半导体基板可以包括单晶的包含硅的材料。在一些实施方式中，基板110可以包括P型杂质。在基板110上执行几种制造工艺，并且在基板110上或基板110中形成一个或更多个光电转换元件112。基板110可以包括器件隔离结构114，通过该器件隔离结构114，光电转换元件112彼此分离。器件隔离结构114可以形成为掩埋有绝缘膜和空气中的至少一个的深沟槽隔离(DTI)结构。
光电转换元件112中的每一个在一些应用中可以被实现为包括有机或无机光电二极管，并且在其他应用中可以使用其他形式的感光电路。光电转换元件112可以包括垂直堆叠在基板110上或基板110中的杂质区域。例如，光电转换元件112中的每一个可以包括垂直堆叠有N型杂质区域和P型杂质区域的光电二极管。N型杂质区和P型杂质区可以通过离子注入形成。
缓冲层120对于要检测的光是基本上透明的，并且可以被构造为用作平坦化层，以使在基板110上或基板110中形成的预定结构的不平坦表面平坦化，并且也可以用作抗反射膜，以在使反射最小化的同时，使通过滤色器层130接收的入射光穿过基板110的光电转换元件112。缓冲层120可以形成在基板110上。例如，缓冲层120可以形成在滤色器层130下方，或者可以形成在栅格结构140和滤色器层130下方。缓冲层120可以由通过堆叠具有不同折射率的不同材料形成的多层结构形成。例如，缓冲层120可以包括通过堆叠至少一个氮化物膜和至少一个氧化物膜而形成的多层结构。氮化物膜可以包括硅氮化物膜(例如，SixNy，其中‘x’和‘y’中的每一个是自然数)或硅氮氧化物膜(例如，SixOyNz，其中‘x’、‘y’和‘z’中的每一个是自然数)。氧化物膜可以包括由未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)膜和超低温氧化物(ULTO)膜中的任何一种形成的单层结构，或者可以包括通过堆叠USG膜和ULTO膜而形成的多层结构。在下文中将详细描述缓冲层120的具体结构。
滤色器层130可以包括位于光电转换元件112上方的滤光器，以对将由光电转换元件112检测的光进行过滤。对于某些应用，滤色器层130可以被构造为从通过透镜层150接收的入射光中透射诸如可见光谱范围内的预定波长范围的光的可见光，同时阻挡其他波长的光。滤色器层130可以包括多个滤色器，并且滤色器可以形成为填充栅格结构140之间的间隙。在图2所示的示例中，针对每个单位像素(PX)形成滤色器。滤色器层130可以包括多个红色滤色器(R)、多个绿色滤色器(G)和多个蓝色滤色器(B)。每个红色滤色器(R)可以仅透射可见光的RGB光中的红色光。每个绿色滤色器(G)只能透射可见光的RGB光中的绿色光。每个蓝色滤色器(B)可以仅透射可见光的RGB光中的蓝色光。红色滤色器(R)、绿色滤色器(G)和蓝色滤色器(B)可以按照拜耳图案进行布置。另选地，滤色器层130可以包括多个青色滤色器、多个黄色滤色器和多个品红色滤色器。
栅格结构140可以是光学不透明的或光学吸收性的，以将空间在空间上和光学上隔离或分离成光电转换元件112所位于的光感测区域。每个栅格结构140可以位于两个相邻的滤色器的边界区域处，以防止在相邻的滤色器之间发生光学串扰。栅格结构140可以形成为使得其与滤色器130的侧壁接触。在本公开的技术的一种实施方式中，栅格结构140可以包括围绕金属层141的侧面的空气层。在本公开的技术的一些实施方式中，栅格结构140可以形成为其中空气围绕金属层141的侧面和顶部的空气覆盖结构。例如，栅格结构140可以形成为包括分别在金属层的一个或更多个侧表面处形成的空气层和在金属层141的顶表面处形成的空气层(或空隙)。例如，以一定角度入射到滤色器层130中的一个滤色器的光可以入射在滤色器的与栅格结构140相接的侧壁上。因为滤色器层130的折射率大于栅格结构140的折射率(例如，折射率为1的空气)，所以在滤色器层130和栅格结构140之间的界面处的全内反射可以利用全内反射而防止入射到滤色器的光线进入相邻的滤色器，因此在相邻滤色器之间提供了光学隔离。尤其，在栅格结构140中使用空气作为低折射率材料可以使最大角度范围的入射光被全反射，并且可以增强栅格结构140的光学隔离效果。
当已穿过滤色器的光线到达折射率为1的空气栅格时，如果光线的入射角小于阈值角，则空气栅格可能不用作光阻挡栅格，并且已经到达空气栅格的光线可以穿过空气栅格而到达相邻的滤色器。因此，基于本公开的技术的一些实施方式实现的金属层可以形成在空气栅格中以吸收已经穿过空气栅格的光线，从而可以防止光线的串扰的发生。下文将详细描述栅格结构140的结构的具体实施方式的示例。
透镜层150可以包括设置在滤色器层130和栅格结构140上的多个微透镜(和/或多个芯片上透镜)。多个微透镜可以会聚从外部接收的入射光，并且可以将光传输到滤色器层130。
图3是示出基于本公开的技术的实施方式的图2所示的缓冲层和栅格结构的截面图。
如图中所示，缓冲层120a可以形成在基板110上，并且可以包括绝缘膜122和覆盖膜126的堆叠结构。
在这种情况下，绝缘膜122可以包括由氮化物膜或氧化物膜形成的单层结构，或者可以包括氮化物膜和氧化物膜的堆叠层。绝缘膜122可包括硅氮化物膜(例如，SixNy，其中‘x’和‘y’中的每一个是自然数)或硅氮氧化物膜(例如，SixOyNz，其中‘x’、‘y’和‘z’中的每一个是自然数)。绝缘膜122可以包括未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)膜和硅氧化物膜(SiO2)中的至少一个。
覆盖膜126可以与外部栅格OG的覆盖膜147由相同的材料膜形成。覆盖膜126可以具有包括氧化物膜的多层结构。例如，覆盖膜126可以由双氧化物膜(两个氧化物膜)形成，或者可以由通过堆叠氧化物膜和不同于氧化物膜的其他材料膜形成的多层结构形成。覆盖膜126的氧化物膜可以包括诸如硅氧化物膜(SiO2)的超低温氧化物(ULTO)膜。
栅格结构140a可以包括内部栅格IG和外部栅格OG。在本专利文件的上下文中，与栅格结构结合使用的术语“内部栅格”和“外部栅格”用于表示构成栅格结构的一个或更多个材料层。
内部栅格IG可以包括形成在基板110上的金属层141和形成为覆盖金属层141的全部或一部分的绝缘膜142。
金属层141可以包括钨(W)。绝缘膜142可以与缓冲层120a的绝缘膜122由相同的材料膜形成。在本公开的技术的一种实施方式中，根据绝缘膜122和绝缘膜142的形成位置而将它们彼此区分开。在本公开的技术的另一实施方式中，绝缘膜122和142也可以通过相同的沉积工艺同时形成。
外部栅格OG可以包括空气层145和覆盖空气层145的覆盖膜147。
空气层145可以形成在内部栅格IG的侧表面和顶表面处，从而覆盖内部栅格IG的整体。在本专利文件的上下文中，与空气层145结合使用的术语“覆盖”用于表示包围金属层的侧面和顶部的空气层，并且与覆盖膜147结合使用的术语“盖”或“覆盖”用于表示利用覆盖膜147覆盖空气层145。覆盖膜147可以是形成在栅格结构140a的最外部的材料膜，并且可以对空气层145进行“覆盖”，从而限定形成空气层145的特定区域。覆盖膜147可以与缓冲层120a的覆盖膜126由相同的材料膜形成。在本公开的技术的一种实施方式中，覆盖膜126和另一个覆盖膜147根据它们的形成位置而彼此区分。在本公开的技术的另一实施方式中，覆盖膜126和另一覆盖膜147也可以通过相同的沉积工艺同时形成。
图4是示出基于本公开的技术的另一实施方式的图2所示的缓冲层和栅格结构的截面图。在图4中，为了便于描述和更好地理解本公开的技术，与图3的附图标记相同的附图标记将用于指代相同或相似的部分。
如图4所示，缓冲层120b可以形成在基板110上，并且可以包括氮化物膜123、氧化物膜124和覆盖膜126的堆叠结构。
在这种情况下，氮化物膜123可以包括硅氮化物膜(例如，SixNy，其中‘x’和‘y’中的每一个都是自然数)或硅氮氧化物膜(例如，SixOyNz，其中‘x’、‘y’和‘z’中的每一个都是自然数)。氧化物膜124可以包括未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)膜。覆盖膜126可以与外部栅格OG的覆盖膜147由相同的材料膜形成。覆盖膜126可以具有包括氧化物膜的多层结构。例如，覆盖膜126可以由双氧化物膜(两个氧化物膜)形成，或者可以由通过堆叠氧化物膜和不同于氧化物膜的其他材料膜形成的多层结构形成。在一些实施方式中，覆盖膜126的氧化物膜可以包括诸如硅氧化物膜(SiO2)的超低温氧化物(ULTO)膜。
栅格结构140b可以包括内部栅格IG’和外部栅格OG’。
内部栅格IG’可以包括形成在基板110上的阻挡金属层141a、形成在阻挡金属层141a上的金属层141b、以及形成为覆盖阻挡金属层141a和金属层141b的绝缘膜143和绝缘膜144。
阻挡金属层141a可以包括钛(Ti)和氮化钛(TiN)中的任何一种，或者可以包括钛(Ti)和氮化钛(TiN)的堆叠结构。金属层141b可以包括钨(W)。
绝缘膜143可以包括氮化物膜143，并且另一个绝缘膜144可以包括氧化物膜144。氮化物膜143可以形成在阻挡金属层141a和金属层141b的侧表面处以及金属层141b的顶表面处。氧化物膜144可以形成在氮化物膜143上。在这种情况下，氮化物膜143可以包括硅氮化物膜(例如，SixNy，其中‘x’和‘y’中的每一个都是自然数)或硅氮氧化物膜(例如，SixOyNz，其中‘x’、‘y’和‘z’中的每一个都是自然数)。氧化物膜144可以包括未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)膜。另外，绝缘膜143和绝缘膜144可以由相同的材料膜形成，例如，诸如SiO2的氧化物膜。
外部栅格OG’可以包括空气层145，形成在空气层145上的支承膜146以及形成为执行对空气层145和支承膜146的覆盖的覆盖膜147。
在一个实施方式中，空气层145可以形成在内部栅格IG的侧表面(例如，氧化物膜144的侧表面)和外部栅格OG的覆盖膜147之间。在另一实施方式中，空气层145可以形成在内部栅格IG的两个侧表面处和内部栅格IG的顶表面处，从而覆盖内部栅格IG的整体。
支承膜146可以用于维持栅格结构140b的形状。例如，支承膜146可以防止在用于在栅格结构140b中形成空气层145的过程中覆盖膜147塌陷。支承膜146可以包括不具有光吸收特性的绝缘膜。支承膜146可以用作蚀刻选择性与旋涂碳(SOC)膜不同的绝缘膜。支承膜146可以包括硅氮氧化物膜(例如，SixOyNz，其中‘x’、‘y’和‘z’中的每一个都是自然数)、硅氧化物膜(例如，SixOy，其中‘x’和‘y’中的每一个是自然数)、和硅氮化物膜(例如，SixNy，其中‘x’和‘y’中的每一个是自然数)中的至少一个。
覆盖膜147可以是形成在栅格结构140的最外部以限定形成空气层145的特定区域的材料膜。例如，覆盖膜147形成为覆盖空气层145和支承膜146。覆盖膜147不仅可以形成在空气层145和支承膜146的侧表面上，而且可以形成在支承膜146的顶表面上。覆盖膜147可以与缓冲层的覆盖膜126由相同的材料膜形成。尽管为了便于描述，将覆盖膜126和覆盖膜147示为彼此不同，但应当注意，覆盖膜126和覆盖膜147也可以通过相同的沉积工艺同时形成。
图5A至图5G是示出用于形成图4所示的结构的方法的截面图。
参照图5A，阻挡金属层141a和金属层141b可以依次形成在包括一个或更多个光电转换元件112的基板110上。
例如，在已将阻挡金属材料和金属材料依次沉积在基板110上之后，可以将被形成为限定内部栅格的金属层区域的掩模图案(未示出)用作蚀刻掩模来蚀刻阻挡金属材料和金属材料，从而形成阻挡金属层141a和金属层141b的堆叠结构。在这种情况下，阻挡金属材料可以包括钛(Ti)和氮化钛(TiN)中的任何一种，或者可以包括钛(Ti)和氮化钛(TiN)的堆叠结构。金属层可以包括钨(W)。
随后，可以在基板110、阻挡金属层141a和金属层141b上形成氮化物膜123和氮化物膜143，并且可以在氮化物膜123和氮化物膜143上形成氧化物膜124和氧化物膜144，从而形成内部栅格IG。在这种情况下，形成在内部栅格IG’的两侧和基板110上的氮化物膜123和氧化物膜124可以构成缓冲层120b的一部分。
尽管氮化物膜123和氮化物膜143被示出为根据它们的形成位置而彼此区分，但是应当注意，也可以根据需要通过相同的沉积工艺同时形成氮化物膜123和氮化物膜143。另外，尽管氧化物膜124和氧化物膜144被示出为根据它们的形成位置而彼此区分，但是应当注意，氧化物膜124和氧化物膜144也可以根据需要通过相同的沉积工艺同时形成。也就是说，氮化物膜143和氧化物膜144可以作为内部栅格IG’的一部分形成在阻挡金属层141a和金属层141b上。氮化物膜123和氧化物膜124可以构成缓冲层120b的一部分，并且可以在形成在每个内部栅格(IG’)的两侧的基板110上形成。
氮化物膜123和氮化物膜143中的每一个可以包括硅氮化物膜(例如，SixNy，其中‘x’和‘y’中的每一个都是自然数)或硅氮氧化物膜(例如，SixOyNz，其中‘x’、‘y’和‘z’中的每一个都是自然数)。氧化物膜124和144中的每个可以包括未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)膜。
随后，可以对氮化物膜123和氮化物膜143以及氧化物膜124和氧化物膜144进行退火(annealed)。退火工艺可以在氮气(N2)气体环境中进行。
参照图5B，可以在氧化物膜124和氧化物膜144上形成牺牲膜148，并且可以在牺牲膜148上形成支承材料层149。
在这种情况下，牺牲膜148可以包括含碳的旋涂碳(SOC)膜。
支承材料层149可以是用于防止栅格结构在随后的工艺中塌陷的材料层。支承材料层149可以是蚀刻选择性与牺牲膜148不同的绝缘膜，并且可以包括硅氮氧化物膜(例如，SixOyNz，其中‘x’、‘y’和‘z’中的每一个都是自然数)、硅氧化物膜(例如，SixOy，其中‘x’和‘y’中的每一个是自然数)和硅氮化物膜(例如，SixNy，其中‘x’和‘y’中的每一个是自然数)中的至少一个。
参照图5C，可以在支承材料层149上形成掩模图案160，该掩模图案160被形成为限定外部栅格OG’的空气层145的区域。
掩模图案160可以包括光致抗蚀剂图案。
参照图5D，可以使用掩模图案160作为蚀刻掩模依次蚀刻图5C所示的支承材料层149和牺牲膜148，从而可以在内部栅格IG’上形成牺牲膜图案148’和支承膜146的堆叠结构。
在这种情况下，牺牲膜图案148’和支承膜146的宽度可以大于内部栅格IG的宽度。换句话说，牺牲膜图案148’和支承膜146可以形成为覆盖内部栅格IG，使得牺牲膜图案148’沿着内部栅格IG的顶部和侧面形成。
参照图5E，可以在氧化物膜124、牺牲膜图案148’和支承膜146上形成第一覆盖膜147a和第一覆盖膜126a。
第一覆盖膜147a和第一覆盖膜126a中的每一个可包括诸如ULTO膜的氧化物膜。具体地，第一覆盖膜147a可以形成为预定的厚度，通过该预定的厚度，由随后的等离子体工艺形成的分子可以容易地释放到第一覆盖膜147a的外部。例如，等离子体工艺气体和牺牲膜图案148’的碳被结合以在第一覆盖膜147a内部形成分子，并且第一覆盖膜147a的预定厚度足够薄，以允许第一覆盖膜147a的内部和外部之间的材料交换。在一个实施方式中，第一覆盖膜147a可以形成为
Figure BDA0002236809870000101
或更小的厚度。
尽管为了便于描述，第一覆盖膜147a和第一覆盖膜126a被示出为根据它们的形成位置而彼此区分，但是应当注意，第一覆盖膜147a和第一覆盖膜126a也可以通过相同的沉积工艺同时形成。
参照图5F，可以对图5E所得到的结构实施等离子体工艺，从而可以去除牺牲膜图案148’，并且可以在牺牲膜图案148’被去除的位置处形成空气层145。在这种情况下，可以使用包括氧气、氮气和氢气中的至少一种的气体(例如，O2、N2、H2、CO、CO2或CH4)来实施等离子体工艺。
如上所述，可以将由等离子体工艺产生的分子释放到第一覆盖膜147a的外部。例如，图6示出了如何通过O2等离子体工艺在第一覆盖膜147a的内部和外部之间发生材料交换以去除第一覆盖膜147a内部的牺牲膜图案。
如图6所示，在图5E所得到的结构上实施O2等离子体工艺。氧自由基(O*)可以通过第一覆盖膜147a流入牺牲膜图案148’，并且牺牲膜图案148’中所包含的氧自由基(O*)可以与牺牲膜148’中的碳结合，从而形成CO或CO2。所形成的CO或CO2可以通过第一覆盖膜147a被释放到外部。结果，可以去除牺牲膜图案148’，并且可以在牺牲膜图案148’被去除的位置处形成空气层145。
在这种情况下，为了即使在牺牲膜图案148’被去除的情况下也防止第一覆盖膜147a塌陷，可以在牺牲膜图案148’上形成支承膜146，然后可以在其上实施等离子体工艺。
在一些实施方式中，为了在等离子体工艺期间更容易地去除或蚀刻牺牲膜图案148’，第一覆盖膜147a被形成为足够薄以利于第一覆盖膜147a的内部和外部之间的材料交换。因此，在没有在牺牲膜图案148’上形成支承膜146的情况下，通过等离子体工艺去除或蚀刻牺牲膜图案148’可能会使第一覆盖膜147a容易塌陷。上述事实也可以通过实验证实。
但是，当首先在牺牲膜图案148’上形成支承膜146，并且然后去除或蚀刻牺牲膜图案148’时，第一覆盖膜147a不会塌陷，并且这已经通过实验确认。因此，基于本公开的技术的一些实施方式，在首先在牺牲膜图案148’上形成支承膜147a之后，再去除或蚀刻牺牲膜图案148’。
参照图5G，一个第二覆盖膜147b可以形成在第一覆盖膜147a上，而另一个第二覆盖膜126b可以形成在第一覆盖膜126a上。
当第一覆盖膜147a太厚时，可能难以在等离子体工艺期间通过第一覆盖膜147a释放牺牲膜图案148’。因此，在一些实施方式中，第一覆盖膜147a可以形成得尽可能薄。
然而，当覆盖膜147仅由形成为薄膜的第一覆盖膜147a形成时，空气层可能在诸如热退火工艺的后续工艺中塌陷。因此，在完成等离子体工艺之后，可以在第一覆盖膜147a之上另外形成第二覆盖膜147b。因此，第一覆盖膜147a和第二覆盖膜147b构成覆盖膜147，覆盖膜147的厚度足以保持栅格结构140b的形状。
可以在设置在栅格结构140之间的第一覆盖膜126a上另外形成第二覆盖膜126b，从而形成缓冲层120b。
在一个实施方式中，第二覆盖膜147b和第一覆盖膜147a可以由相同的材料形成，并且第二覆盖膜126b和第一覆盖膜126a也可以由相同的材料形成。在另一实施方式中，第二覆盖膜147b和第一覆盖膜147a可以由不同的材料形成，并且第二覆盖膜126b和第一覆盖膜126a也可以由不同的材料形成。
尽管为了便于描述，第二覆盖膜147b和126b被示出为根据它们的形成位置而彼此区分，但是应当注意，第二覆盖膜147b和126b也可以通过相同的沉积工艺同时形成。另外，第二覆盖膜147b和第一覆盖膜147a可以在相同的制造条件下形成，并且第二覆盖膜126b和第一覆盖膜126a也可以在相同的制造条件下形成。
此后，滤色器层130可以形成为填充栅格结构140之间的间隙，并且可以在滤色器层130上形成透镜层150。
图7示出了基于本公开的技术的又一实施方式的包括栅格结构和缓冲层的结构的截面图。在图7中，为了便于描述和更好地理解本公开的技术，将使用与图3的附图标记相同的附图标记指代相同或相似的部分。
图7所示的内部栅格IG”和IG”’在结构上不同于图4所示的内部栅格IG’。
也就是说，基于本公开的技术的实施方式的金属层141b’和141b”中的每一个的截面形成为梯形或三角形，因此，金属层141b’和141b”的侧面可以倾斜地形成。在这种情况下，三角形或梯形的倾斜角(即，三角形的底边和斜边之间的内角，或梯形的底边和边线之间的内角)可以变化。
尽管为了便于描述，图7中所示的内部栅格中的每一个被示出为具有三角形或梯形形状，但是应该注意的是，图7中所示的内部栅格中的每一个也可以形成为具有一个或更多个倾斜的侧边的多边形形状，而不脱离本公开的技术的范围。
图8是示出根据本公开的技术的又一实施方式的包括栅格结构和缓冲层的结构的截面图。
比较图8所示的内部栅格IG””和图4所示的内部栅格IG’，如图8所示，绝缘膜143和144可以不形成在阻挡金属层141a和金属层141b上。也就是说，可以不在阻挡金属层141a和金属层141b上形成图4中所示的氮化物膜143和氧化物膜144。
在这种情况下，缓冲层120c可以仅由覆盖膜126形成，并且可以通过相同的沉积工艺同时形成覆盖膜126和另一个覆盖膜147。
即使当内部栅格如图8所示由阻挡金属层和金属层形成时，金属层的侧面也可以如图9所示而为倾斜的。
从以上描述中显而易见的是，基于本公开的技术的实施方式的图像感测装置可以在防止串扰的同时使入射光的光隔离效果最大化。
本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本公开的精神和实质特征的情况下，以不同于本文阐述的方式的其他特定方式来实施实施方式。因此，以上实施方式应在所有方面被解释为说明性的而非限制性的。本公开的范围应该由所附权利要求及其法定等同物来确定，而不是由以上说明来确定。此外，所有落入所附权利要求的含义和等同范围内的改变都旨在被包含于其中。另外，本领域技术人员将理解，在所附权利要求中没有彼此明确引用的权利要求可以作为实施方式组合提出，或者在提交申请后通过随后的修改而作为新权利要求被包括在内。
尽管已经描述了许多说明性的实施方式，但是应当理解，可以由本领域的技术人员设计出的许多其他的修改和实施方式将落入本公开的原理的精神和范围内。特别地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，组成部件和/或布置可以进行多种变化和修改。除了组成部分和/或布置的变化和修改之外，选择使用对本领域技术人员也是显而易见的。
相关申请的交叉引用
本专利文件要求于2019年6月11日提交的韩国专利申请No.10-2019-0068503的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。

Claims (20)

1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
基板，该基板包括光电转换元件；以及
栅格结构，该栅格结构设置在所述基板上，
其中，所述栅格结构包括：
内部栅格层；以及
外部栅格层，该外部栅格层形成在所述内部栅格层外部，以提供形成在所述内部栅格层的侧表面和顶表面处的空气层。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述外部栅格层包括：
支承膜，该支承膜形成在所述空气层上；以及
覆盖膜，该覆盖膜形成在所述空气层和所述支承膜上。
3.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述支承膜包括硅氮氧化物膜和硅氮化物膜中的至少一个。
4.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述覆盖膜包括：
第一覆盖膜，该第一覆盖膜形成在所述空气层和所述支承膜的侧表面处以及所述支承膜的顶表面处；以及
第二覆盖膜，该第二覆盖膜形成在所述第一覆盖膜上。
5.根据权利要求4所述的图像感测装置，其中，所述第一覆盖膜包括超低温氧化物ULTO膜。
6.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述覆盖膜形成为延伸到所述栅格结构的两侧的缓冲层区域。
7.根据权利要求6所述的图像感测装置，其中，所述内部栅格层包括：
阻挡金属层；以及
金属层，该金属层形成在所述阻挡金属层上。
8.根据权利要求7所述的图像感测装置，其中，所述内部栅格层还包括：
绝缘膜，该绝缘膜形成在所述阻挡金属层和所述金属层的侧表面处以及所述金属层的顶表面处。
9.根据权利要求8所述的图像感测装置，其中，所述绝缘膜形成为延伸到所述缓冲层区域，并且在所述缓冲层区域内设置在所述基板和所述覆盖膜之间。
10.根据权利要求8所述的图像感测装置，其中，所述绝缘膜包括：
氮化物膜和氧化物膜的堆叠结构。
11.根据权利要求7所述的图像感测装置，其中，所述金属层的截面形成为正方形、三角形和梯形中的任一种。
12.一种用于形成图像感测装置的方法，该方法包括以下步骤：
在包括光电转换元件的基板上形成内部栅格层；
沿着所述内部栅格层的外表面形成牺牲膜；
在所述牺牲膜上形成支承材料层；
将所述牺牲膜和所述支承材料层图案化，以在预定的栅格结构区域中形成牺牲膜图案和支承膜的堆叠结构；
形成第一覆盖膜以覆盖所述牺牲膜图案和所述支承膜的所述堆叠结构；
去除所述牺牲膜图案以在所述牺牲膜图案被去除的位置处形成空气层；以及
在所述第一覆盖膜上形成第二覆盖膜。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述牺牲膜的步骤包括以下步骤：
在所述内部栅格的侧表面和顶表面处形成含碳材料膜。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述含碳材料膜包括旋涂碳SOC材料。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述支承材料层的步骤包括以下步骤：
在所述牺牲膜上形成硅氮氧化物膜和硅氮化物膜中的至少一个。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述内部栅格的步骤包括以下步骤：
在基板上形成阻挡金属层和金属层的堆叠结构。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，形成所述内部栅格的步骤包括以下步骤：
在所述阻挡金属层和所述金属层的侧表面处以及所述金属层的顶表面处形成绝缘膜。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述空气层的步骤包括以下步骤：
对所述牺牲膜图案执行等离子体工艺，以使所述牺牲膜图案中所包含的碳与所述等离子体工艺中使用的气体结合，并且然后使经结合的气体通过所述第一覆盖膜释放到外部。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，形成所述第一覆盖膜的步骤包括以下步骤：
在所述牺牲膜图案和所述支承膜的侧表面处以及所述支承膜的顶表面处形成超低温氧化物ULTO膜。
20.根据权利要求12所述的方法，其中，形成所述第二覆盖膜的步骤包括以下步骤：
在所述第一覆盖膜上形成与所述第一覆盖膜基本相同的材料膜。
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