CN112117289A - 图像传感器和用于形成图像传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本申请的各个实施例针对包括波长可调窄带滤色器的图像传感器以及用于形成图像传感器的方法。在一些实施例中，图像传感器包括衬底、第一光电探测器、第二光电探测器和滤色器。第一光电探测器和第二光电探测器相邻地位于衬底中。滤色器位于第一光电探测器和第二光电探测器上面，并且包括第一分布式布拉格反射器(DBR)、第二DBR以及位于第一DBR和第二DBR之间的中间层。中间层的厚度在第一光电探测器上面具有第一厚度值并且在第二光电探测器上面具有第二厚度值。在一些实施例中，滤色器限于单个中间层。在其它实施例中，滤色器还包括第二中间层，第二中间层限定嵌入第一中间层中的柱状结构并且具有与第一中间层不同的折射率。

Description

图像传感器和用于形成图像传感器的方法
技术领域
本发明的实施例涉及图像传感器和用于形成图像传感器的方法。
背景技术
许多器件包括用于感测入射辐射的光电探测器。例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器可以包括光电探测器阵列，以将光学图像转换为表示光学图像的数字数据。然而，光电探测器通常几乎没有或根本没有能力区分辐射的不同波长(或颜色)。因此，滤波器可以与光电探测器配对以允许光电探测器感测辐射的特定波长。
发明内容
本发明的实施例提供了一种图像传感器，包括：衬底；第一光电探测器和第二光电探测器，相邻地位于所述衬底中；以及滤色器，位于所述第一光电探测器和所述第二光电探测器上面，其中，所述滤色器包括：第一分布式布拉格反射器(DBR)；第二分布式布拉格反射器；和中间层，位于所述第一分布式布拉格反射器和所述第二分布式布拉格反射器之间，其中，所述中间层的厚度在所述第一光电探测器上面具有第一厚度值并且在所述第二光电探测器上面具有第二厚度值。
本发明的另一实施例提供了一种用于形成图像传感器的方法，所述方法包括：在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器；在所述衬底上沉积第一多层膜，其中，所述第一多层膜包括第一堆叠层，所述第一堆叠层在第一折射率和不同于所述第一折射率的第二折射率之间交替；在所述第一多层膜上方沉积中间层；在所述中间层上方沉积掩模层；冲压所述掩模层以将图案从印模转印至所述掩模层；在所述掩模层位于适当的位置的情况下，对所述中间层执行蚀刻，以将所述图案从所述掩模层转印至所述中间层；以及在所述中间层上沉积第二多层膜，其中，所述第二多层膜包括在所述第一折射率和所述第二折射率之间交替的第二堆叠层。
本发明的又一实施例提供了一种用于形成图像传感器的方法，所述方法包括：在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器；在所述衬底上沉积第一分布式布拉格反射器(DBR)；在所述第一布拉格反射器上沉积第一中间层和光敏层；将所述光敏层暴露于辐射，其中，所述辐射的强度在所述第一光电探测器和所述第二光电探测器上面分别具有不同的强度值；显影所述光敏层，其中，在所述显影之后，所述光敏层的厚度在所述第一光电探测器和所述第二光电探测器上面分别具有不同的值；在所述光敏层位于适当的位置的情况下，对所述第一中间层执行第一蚀刻，以将所述光敏层的厚度变化转印至所述第一中间层；以及在所述第一中间层上沉积第二分布式布拉格反射器。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任何地增大或减小。
图1示出了包括窄带滤波器的图像传感器的一些执行例的截面图，其中，窄带滤波器具有厚度离散地变化的单个中间层。
图2示出了描述图1的窄带滤波器的传输率作为波长函数的曲线的一些执行例的图。
图3示出了图1的图像传感器的一些可选的截面图，其中，单个中间层的厚度连续变化。
图4A和图4B示出了包括窄带滤波器的图像传感器的各个执行例的截面图，其中，中间层之间的比率变化并且中间层和窄带滤波器具有均匀的厚度。
图5A至图5D示出了图4A和图4B的中间层的一些执行例的顶部布局。
图6示出了包括窄带滤波器的图像传感器的一些执行例的截面图，其中，中间层之间的比率变化，中间层具有可变的厚度，并且窄带滤波器具有均匀的厚度。
图7A和图7B示出了图6的图像传感器的各个可选执行例的截面图。
图8A和图8B示出了包括窄带滤波器的图像传感器的各个执行例的截面图，其中，中间层之间的比率变化并且中间层和窄带滤波器具有可变的厚度。
图9示出了图8A的图像传感器的一些执行例的截面图，其中，进一步示出了互连结构和半导体器件。
图10示出了图9的图像传感器的一些可选执行例的截面图，其中，图像传感器是前照式(FSI)的。
图11至图16、图17A、图18、图19A和图20示出了使用灰色掩模来形成包括窄带滤波器的图像传感器的方法的一些执行例的一系列截面图，该窄带滤波器具有厚度变化的单个中间层。
图17B、图17C、图19B和图19C示出了根据灰色掩模的一些执行例的图17A和图19A中的灰色掩模的操作。
图21示出了图11至图16、图17A、图18、图19A和图20的方法的一些执行例的框图。
图22至图31示出了图11至图16、图17A、图18、图19A和图20的方法的一些可选执行例的一系列截面图，其中使用印章代替灰色掩模。
图32示出了图22至图31的方法的一些执行例的框图。
图33至图39示出了形成包括窄带滤波器的图像传感器的方法的一些执行例的一系列截面图，其中，中间层之间的比率变化并且中间层和窄带滤波器具有均匀的厚度。
图40示出了图33至图39的方法的一些执行例的框图。
图41至图48示出了图33至图39的方法的一些可选执行例的一系列截面图，其中使用了印章。
图49示出了图41至图48的方法的一些执行例的框图。
图50至图54示出了形成包括窄带滤波器的图像传感器的方法的一些执行例的一系列截面图，其中，中间层之间的比率变化并且中间层和窄带滤波器具有可变的厚度。
图55示出了图50至图54的方法的一些执行例的框图。
图56至图62示出了形成包括窄带滤波器的图像传感器的方法的一些执行例的一系列截面图，其中，中间层之间的比率变化，中间层具有可变的厚度，并且窄带滤波器具有均匀的厚度。
图63示出了图56至图62的方法的一些执行例的框图。
图64至图66示出了形成图像传感器的一些执行例的一系列截面图，该图像传感器是前照式的并且包括窄带滤波器。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征的不同执行例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的执行例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的执行例。此外，本发明可在各个执行例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个执行例和/或配置之间的关系。
而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)原件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
一种类型的波长滤波器是吸收滤波器。吸收滤波器是由吸收某些波长的辐射而传输其它波长的辐射的材料制成的滤波器。吸收滤波器受到可用材料的限制，从而可能难以控制吸收滤波器的特性。例如，可能难以实现窄的传输带。窄的传输带可以是例如宽度小于约50纳米的传输带。
另一类型的波长滤波器是微腔滤波器。微腔过滤器包括一对金属板和夹在金属板之间的薄膜。薄膜限定了微腔，在该微腔内对于传输带中的波长产生构造性界面，并且在该微腔内对于传输带之外的波长产生破坏性界面。然而，尽管对于传输带内的波长具有构造性界面，但是由于金属板的金属吸收，微腔滤波器的传输率较差。此外，通过改变薄膜的厚度来改变传输带。然而，在图像传感器和其它器件中通常一起使用具有不同传输带的多个波长滤波器。这导致许多掩模来设定各个波长滤波器的厚度，并且由于掩模昂贵而导致高成本。
另一类型的波长滤波器是采用具有周期性图案的金属纳米结构的等离子体滤波器。金属纳米结构通过表面等离子体激元效应过滤辐射的波长，并且可以通过改变周期性图案的间距来调节。但是，等离子滤波器的光谱高度依赖于辐射的入射角，这限制了等离子滤波器的应用。此外，由于金属纳米结构的金属吸收，使得传输率较差。
本申请的各个执行例针对包括波长可调窄带滤波器的图像传感器，以及用于形成图像传感器的方法。在一些执行例中，图像传感器包括衬底、第一光电探测器、第二光电探测器和滤波器。第一和第二光电探测器在衬底中相邻。该滤波器位于第一和第二光电探测器上面，并且包括第一分布式布拉格反射器(DBR)、第二DBR以及位于第一和第二DBR之间的第一中间层。第一中间层的厚度在第一光电探测器上面具有第一厚度值并且在第二光电探测器上面具有第二厚度值。在一些执行例中，滤波器被限制到单个中间层(即，第一中间层)。在其它执行例中，滤波器还包括第二中间层，该第二中间层限定嵌入在第一中间层中并且具有与第一中间层不同的折射率的柱状结构。
增加第一中间层的厚度会增加滤波器的传输波长(即，减小滤波器的传输频率)，而减小厚度会减小滤波器的传输波长(即，增加滤波器的传输频率)。因为第一中间层的厚度在第一和第二光电探测器处不同，所以滤波器的传输波长在第一和第二光电探测器处不同。在其中滤波器还包括第二中间层的执行例中，由于折射率不同，所以中间层的一个具有相对较低的折射率，并且中间层的一个具有相对较高的折射率。这允许在第一和第二光电探测器之间调整高折射率材料与低折射率材料的比率。增加该比率将增加滤波器的传输波长(即，减小滤波器的传输频率)。减小该比率将减小滤波器的传输波长(即，增加滤波器的传输频率)。通过调节第一中间层的厚度和/或通过调节该比率，可以在第一和第二光电探测器处调节传输波长。调整厚度可以进行粗调，并且调整比率可以进行细调。此外，通过形成具有第一DBR和第二DBR以及第一中间层的滤波器，传输带可以较窄。此外，由于可以在不具有吸收性材料(例如，金属或某种其它吸收性材料)的情况下形成第一DBR和第二DBR，因此可以在传输带处实现高传输率。
参考图1，提供了包括窄带滤波器102的图像传感器的一些执行例的截面图100。窄带滤波器102位于衬底104上面，衬底104中布置有多个光电探测器106。衬底104可以例如是块状单晶硅衬底或一些其它合适的半导体衬底。多个光电探测器106包括第一光电探测器106a、第二光电探测器106b和第三光电探测器106c。窄带滤波器102包括彼此堆叠的多个第一折射率层108、多个第二折射率层110和层间结构112。
第一折射率层108和第二折射率层110在层间结构112之上和之下以周期性图案交替堆叠。下多层膜114和上多层膜116由第一折射率层108和第二折射率层110限定。下多层膜114由在层间结构112下方以周期性图案交替堆叠的第一折射率层108和第二折射率层110中的三个或更多个限定。上多层膜116由在层间结构112上方以周期性图案交替堆叠的第一折射率层108和第二折射率层110中的三个或更多个限定。在一些执行例中，下多层膜114和上多层膜116是或限定DBR。下多层膜114和上多层膜116产生低传输带(即，通过窄带滤波器102的传输率较低的波长范围)。
层间结构112是或包括第一中间层112f。当与第一折射率层108和/或第二折射率层110相比时，第一中间层110f具有不同的折射率、不同的厚度、不同的材料或前述的任何组合，以破坏下多层膜114和/或上多层膜116的周期性图案。破坏周期性图案使得高传输带(即，通过窄带滤波器102的传输率较高的波长范围)将低传输带平分。此外，第一中间层112f具有在光电探测器106上离散地变化的厚度Tfi。例如，第一中间层112f的厚度Tfi在第一光电探测器106a上面具有与在第二光电探测器106b上面不同的值。可变厚度改变了高传输带的位置。
在图像传感器的使用期间，窄带滤波器102在到达光电探测器106的途中接收辐射118。此外，窄带滤波器102通过界面处反射的相长和相消干涉将辐射118选择性地传输至光电探测器106，该界面位于第一折射率层108和第二折射率层110和第一中间层112f之间。这样的选择性传输进而允许光电探测器106在辐射的不同波长之间以及因此在辐射的不同颜色之间进行区分。
如上所述，下多层膜114和上多层膜116产生低传输带。低传输率可以例如是小于约40％、30％、20％或某个其它合适值的传输率。另外，层间结构112产生高传输带。高传输率是大于低传输率的传输率，并且可以例如是超过约80％、90％、95％或其它合适值的传输率。此外，由于微带滤波器102可以在没有金属和其它高吸收性材料的情况下形成，因此高传输率可以例如是与微腔滤波器和/或等离子体滤波器相比较高的传输率。高传输带也较窄，并将低传输带分为上段和下段。窄的传输带可以例如是宽度小于约20、35或50纳米的传输带。然而，其它宽度也是可以的。
增加第一中间层112f的厚度Tfi将高传输带偏移到更高的波长。类似地，减小厚度Tfi将高传输带偏移到较低的波长。因为第一中间层110f的厚度Tfi在光电探测器106上变化，所以高传输带在光电探测器106上变化。例如，与在第二光电探测器106b正上方相比，在第三光电探测器106c正上方的高传输带可以具有更低的波长。因为高传输带在光电探测器106上变化，所以窄带滤波器102允许光电探测器106在辐射的不同波长和辐射的不同颜色之间进行区分。
继续参考图1，第一折射率层108在每个第一折射率层108处具有相同或基本相同的第一折射率。此外，第二折射率层110在每个第二折射率层110处具有相同或基本相同的第二折射率。第一折射率大于第二折射率，反之亦然。第一折射率和/或第二折射率可以例如为约1.0-4.5、约1.0-2.5或约1.5-4.5。然而，其它折射率值也是可以的。
第一折射率层108在每个第一折射率层108处具有相同或基本相同的第一厚度Tfri，并且第二折射率层110在每个第二折射率层110处具有相同或基本相同的第二厚度Tsri。第一厚度Tfri和/或第二厚度Tsri可以例如为约15-300纳米、约25-300纳米或约15-200纳米。然而，其它厚度值也是可以的。
第一折射率层108是或包括第一材料，并且第二折射率层110是或包括第二材料。在一些执行例中，第一厚度Tfri和第二厚度Tsri不同并且第一材料和第二材料相同。在其它执行例中，第一厚度Tfri和第二厚度Tsri不同，并且第一材料和第二材料不同。在其它执行例中，第一厚度Tfri和第二厚度Tsri相同，并且第一材料和第二材料不同。在一些执行例中，第一材料和第二材料对于要通过窄带滤波器102传输的波长具有低吸收。低吸收可以例如是小于约30％、20％、10％或某个其它合适值的吸收。低吸收材料与通常具有高吸收的金属形成对比。在一些执行例中，第一和第二材料是电介质。第一材料和/或第二材料可以例如是或包括氧化硅、氧化钛或一些其它合适的材料。
在其中第一折射率小于第二折射率的一些第一执行例中，第一折射率为约1.0-2.5，第二折射率为约1.5-4.5，第一厚度Tfri为约25-300纳米，第二厚度Tsri为约15-200纳米，第一材料是氧化硅，第二材料是氧化钛，或前述的任何组合。在第一折射率大于第二折射率的一些第二执行例中，第一折射率为约1.5-4.5，第二折射率为约1.0-2.5，第一厚度Tfri为约15-200纳米，第二厚度Tsri为约25-300纳米，第一材料为氧化钛，第二材料为氧化硅，或前述的任何组合。然而，其它材料、厚度和折射率适用于第一和第二执行例。在一些执行例中，在折射率、材料、厚度或前述的任何组合方面，每个第一折射率层108与每个其它第一折射率层108彼此相同。类似地，在一些执行例中，在折射率、材料、厚度或前述的任何组合方面，每个第二折射率层110与每个其它第二折射率层110彼此相同。
在一些执行例中，第一中间层112f的折射率与第一折射率层108的第一折射率和/或第二折射率层110的第二折射率不同。第一中间层112f的折射率为约1.0-4.5、约1.0-2.75、约2.75-4.5或一些其它合适的折射率值。在一些执行例中，第一中间层112f的厚度Tfi与第一折射率层108的第一厚度Tfri和/或第二折射率层110的第二厚度Tsri不同。在一些执行例中，第一中间层112f的厚度Tfi为约30-600纳米、约30-315纳米、约315-600纳米或一些其它合适的厚度值。
在一些执行例中，第一中间层112f是或包括与第一折射率层108的第一材料和/或第二折射率层110的第二材料不同的材料。中间层112f是透明的和/或对于由窄带滤波器102传输的波长具有低吸收。低吸收可以例如是小于约30％、20％、10％或一些其它合适值的吸收。在一些执行例中，第一中间层112f是或包括电介质。第一中间层112f可以例如是或包括氧化硅、氧化钛或一些其它合适的材料。
参考图2，提供了描述图1的窄带滤波器102的传输率作为波长的函数的曲线202的一些执行例的曲线图200。下多层膜114和上多层膜116(见图1)产生低传输带204。低传输带204的锐度可以例如通过增加下多层膜114和上多层膜116中的第一折射率层108和第二折射率层110(见图1)的数量来增加。低传输带204的锐度可以是例如在低传输带204的上下极限处的曲线202的陡度。
低传输带204的位置取决于第一折射率层108的厚度Tfri和第二折射率层110的厚度Tsri以及第一折射率层108和第二折射率层110的折射率。低传输带204的中心波长λ可以如下：λ＝2(n1Tfri+n2Tsri)/m。n1和n2分别是第一折射率层108的折射率和第二折射率层110的折射率。Tfri和Tsri分别是第一折射率层108的厚度和第二折射率层108的厚度。m是光学响应的阶数，它是大于零的整数。
低传输带204的宽度Δλ取决于低传输带204的中心波长λ，并且还取决于第一折射率层108和第二折射率层110的折射率。例如，低传输带204的宽度Δλ可以如下：Δλ＝λΔn/2。Δn是第一折射率层108的折射率和第二折射率层110的折射率之间的差。
层间结构112限定了将低传输带204平分的高传输带206。随着第一中间层112f的厚度Tfi增加和/或第一中间层112f的折射率增加，高传输带206的峰朝向更高波长偏移。此外，随着第一中间层112f的厚度Tfi减小和/或第一中间层112f的折射率减小，高传输带206的峰朝向更低波长偏移。
参考图3，提供了图1的图像传感器的一些可选执行例的截面图，其中，第一中间层112f的厚度Tfi横跨光电探测器106连续变化。例如，厚度Tfi可以从第一光电探测器106a到第三光电探测器106c连续减小。
参考图4A，提供了图1的图像传感器的一些可选执行例的截面图400A，其中，第一中间层112f的厚度Tfi在光电探测器106上是均匀或基本均匀的，并且层间结构112包括第二中间层112s。第二中间层112s的厚度Tsi与第一中间层112f的厚度Tfi相同或基本相同，并且在光电探测器106上是均匀或基本均匀的。此外，第二中间层112s具有与第一中间层112f不同的折射率，并且在第一中间层112f中限定多个柱状结构402。在一些执行例中，第二中间层112s的折射率大于第一中间层112f。在其它执行例中，第二中间层112s的折射率小于第一中间层112f。
柱状结构402以周期Pe在光电探测器106上周期性地重复，因此第二中间层112s具有周期性图案。此外，柱状结构402的周期Pe和/或柱状结构402的各个体积在光电探测器106上变化，因此周期性图案在光电探测器106上变化。例如，位于第一光电探测器106a上面的柱状结构的各个体积大于位于第二光电探测器106b上面的柱状结构的各个体积。各个体积可以例如通过柱状结构402的各个宽度W、柱状结构402的各个形状、柱状结构402的其它合适的参数或前述的任何组合而变化。周期Pe和宽度W小于高传输带(例如，见图2中的206)。
周期性图案的变化改变了第二中间层112s与第一中间层112f的比率。增加该比率增加了第二中间层112s的填充因子，同时减小了第一中间层112f的填充因子。减小该比率减小了第二中间层112s的填充因子，同时增加了第一中间层112f的填充因子。因为周期Pe和宽度W小于高传输带，所以改变比率并因此改变填充因子改变了层间结构112的有效折射率。如果周期Pe和宽度W大于高传输带，填充因子可能不会改变有效折射率。在其中第二中间层112s具有比第一中间层112f大的折射率的执行例中，增加第二中间层112s的填充因子增加了层间结构112的有效折射率。另一方面，在其中第二中间层112s具有比第一中间层112f小的折射率的执行例中，增加第二中间层112s的填充因子减小了层间结构112的有效折射率。
层间结构112的有效折射率的变化改变了高传输带的位置。有效折射率的增加将高传输带偏移到更高的波长，而有效折射率的减小将高传输带偏移到更低的波长。因此，可以采用第二中间层112s的周期性图案的变化来改变层间结构112的有效折射率，从而改变高传输带。这进而可以用于允许光电探测器106在辐射的不同波长之间以及因此在辐射的不同颜色之间进行区分。
例如，如图所示，周期性结构在第一光电探测器106a、第二光电探测器106b和第三光电探测器106c的每个上面是不同的。第二中间层112s的填充因子在第三光电探测器106c上面比在第二光电探测器106b上面高，并且在第一光电探测器106a上面比在第三光电探测器106c上面高。在其中第二中间层112s具有比第一中间层112f高的折射率的执行例中，有效折射率和高传输带在第三光电探测器106c上面比在第二光电探测器106b上面更高并且在第一光电探测器106a上面比在第三光电探测器106c上面更高。另一方面，在其中第二中间层112s具有比第一中间层112f低的折射率的执行例中，有效折射率和高传输带在第三光电探测器106c上面比在第二光电探测器106b上面更低，并且在第一光电探测器106a上面比在第三光电探测器106c上面更低。
在一些执行例中，第二中间层112s的折射率与第一折射率层108的折射率和/或第二折射率层110的折射率不同。在一些执行例中，第二中间层112s的折射率为约1.0-4.5、约1.0-2.75、约2.75-4.5或其它合适的值。在一些执行例中，第二中间层112s的折射率为约1.5-4.5，而第一中间层112f的折射率为约1.0-2.5，反之亦然。然而，其它折射率值也是可以的。
在一些执行例中，第二中间层112s是或包括与第一折射率层108和/或第二折射率层110不同的材料。在一些执行例中，第二中间层112s是或包括与第一中间层112f不同的材料和/或是或包括电介质。在一些执行例中，第二中间层112s是透明的和/或对于由窄带滤波器102传输的波长具有低吸收。低吸收可以例如是小于约30％、20％、10％或其它合适的值。在一些执行例中，第二中间层112s是或包括氧化硅、氧化钛或一些其它合适的材料。在一些执行例中，第二中间层112s是或包括氧化钛，并且第一中间层112f是或包括氧化硅，反之亦然。
参考图4B，提供了图4A的图像传感器的一些可选执行例的截面图400B，其中，第二中间层112s的厚度Tsi大于第一中间层112f的厚度Tfi，并且延伸穿过窄带滤波器102的整个厚度。
参考图5A，提供了图4A和图4B的中间层结构112的一些执行例的顶部布局500A，其中，柱状结构402是圆形的。顶部布局500A可以例如沿着图4A和图4B中的线A截取。在可选执行例中，柱状结构402可以是三角形、正方形、矩形或一些其它合适的形状。柱状结构402的形状可以例如用于改变第二中间层112s的周期性结构，并且因此可以例如用于改变第一中间层112f和第二中间层112s的填充因子。填充因子的变化使得层间结构112的有效折射率变化。
参考图5B至图5D，提供了图5A的层间结构112的一些可选执行例的顶部布局500B-500D。如图5B所示，增加柱状结构402的周期Pe以减小第二中间层112s的填充因子。如图5C所示，第一中间层112f和第二中间层112s已经被切换，因此第一中间层112f限定柱状结构402。如图5D所示，柱状结构402是菱形的。此外，柱状结构402的各个宽度W和柱状结构402的周期Pe是变化的。
参考图6，提供了图1的图像传感器的一些可选执行例的截面图600，其中，层间结构112包括位于第一中间层112f下面的第二中间层112s。在可选执行例中，第二中间层112s位于第一中间层112f上面。此外，第二中间层112s的厚度Tsi在光电探测器106上离散地变化，并且第一中间层112f的厚度Tfi和第二中间层112s的厚度Tsi变化，使得层间结构112的厚度Ti(即，第一中间层112f的厚度Tfi和第二中间层112s的厚度Tsi的总和)是均匀或基本均匀的。
通过改变横跨光电探测器106的第一中间层112f的厚度Tfi和第二中间层112s的厚度Tsi，改变了横跨光电探测器的第二中间层112s与第一中间层112f的比率。增加该比率增加第二中间层112s的填充因子，同时减小第一中间层112f的填充因子。减小该比率减小了第二中间层112s的填充因子，同时增加了第一中间层112f的填充因子。如上所述，这样的填充因子变化改变了横跨光电探测器106的层间结构112的有效折射率，并且因此改变了横跨光电探测器106的窄带滤波器102的高传输带。因此，第一中间层112f的厚度Tfi和第二中间层112s的厚度Tsi的变化可用于改变层间结构112的有效折射率，并且因此改变高传输带。这进而可以用于允许光电探测器106在辐射的不同波长之间以及因此在辐射的不同颜色之间进行区分。
例如，如图所示，第一中间层112f的厚度Tfi和第二中间层112s的厚度Tsi在第一光电探测器106a、第二光电探测器106b和第三光电探测器106c的每个上面不同，因此第一中间层112f和第二中间层112s的填充因子不同。第二中间层112s的填充因子在第三光电探测器106c上面比在第二光电探测器106b上面高，并且在第一光电探测器106a上面比在第三光电探测器106c上面高。在其中第二中间层112s具有比第一中间层112f高的折射率的执行例中，有效折射率和高传输带在第三光电探测器106c上面比在第二光电探测器106b上面高并且在第一光电探测器106a上面比在第三光电探测器106c上面高。在其中第二中间层112s具有比第一中间层112f低的折射率的执行例中，有效折射率和高传输带在第三光电探测器106c上面比在第二光电探测器106b上面高并且在第一光电探测器106a上面比在第三光电探测器106c上面低。
参考图7A和图7B，提供了图6的图像传感器的一些可选执行例的截面图700A、700B，其中多个光电探测器106还包括第四光电探测器106d。此外，第二中间层112s进一步限定如关于图4A所描述的柱状结构402。如图7A所示，第二中间层112s位于第一中间层112f下面。如图7B所示，第二中间层112s位于第一中间层112f上面。在一些执行例中，沿线B截取的柱状结构402的顶部布局如图5B所示。在可选执行例中，柱状结构402的顶部布局如图5A、图5C和图5D中的任何一个所示。但是，其它顶部布局也是可以的。
柱状结构402与第一中间层112f的厚度Tfi和第二中间层112s的厚度Tsi的变化一起用于改变第一中间层112f和第二中间层112s的填充因子。如上所述，这样的填充因子变化改变了横跨光电探测器106的层间结构112的有效折射率，并因此改变了横跨光电探测器106的窄带滤波器102的高传输带(例如，见图2中的206)。这进而允许窄带滤波器102选择性地将辐射传输到光电探测器106，使得光电探测器106可以在辐射的不同波长之间并且因此辐射的不同颜色之间进行区分。
例如，如图所示，第二中间层112s的填充因子在第三光电探测器106c上面比在第一光电探测器106a上面高，在第二光电探测器106b上面比在第三光电探测器106c上面高，并且在第四光电探测器106d上面比在第二光电探测器106b上面高。在其中第二中间层112s具有比第一中间层112f高的折射率的执行例中，有效折射率和高传输带在第三光电探测器106c上面比在第一光电探测器106a上面高，在第二光电探测器106b上面比在第三光电探测器106c上面高，并且在第四光电探测器106d上面比在第二光电探测器106b上面高。在其中第二中间层112s具有比第一中间层112f低的折射率的执行例中，有效折射率和高传输带在第三光电探测器106c上面比在第一光电探测器106a上面的低，在第二光电探测器106b上面比在第三光电探测器106c上面低，并且在第四光电探测器106d上面比在第二光电探测器106b上面低。
参考图8A，提供了图7A的图像传感器的一些可选执行例的截面图800A，其中，层间结构112的厚度Ti横跨光电探测器106离散地变化，并第一中间层112f和第二中间层112s不重叠。此外，柱状结构402和厚度Ti都用于偏移高传输带。
增加厚度Ti将高传输带偏移到较高的波长，而减小厚度Ti将高传输带偏移到较低的波长。使用柱状结构402增加高折射率材料的填充因子来增加层间结构112的有效折射率并且将高传输带偏移到更高的波长。使用柱状结构402减小高折射率材料的填充因子来减小层间结构112的有效折射率，并且将高传输带偏移到较低的波长。因此，随着厚度Ti和高折射率的乘积增加，高传输带偏移到较高的波长，并且随着乘积减小，高传输带偏移到较低的波长。
与通过厚度偏移位置(例如，如图1)相比，通过有效折射率偏移高传输带的位置(例如，如图4A所示)允许对该位置进行精细调整。另一方面，与通过有效折射率偏移位置(例如，如图4A)相比，通过厚度偏移高传输带的位置(例如，如图1)允许对该位置进行粗略调整。通过有效折射率和厚度(例如，如图8A)偏移高传输带的位置可以对位置进行精细和粗略调整。
因为第二中间层112s的填充因子在光电探测器106上变化，所以层间结构112的有效折射率在光电探测器106上变化。因为有效折射率和厚度Ti都在光电探测器106上，所以有效折射率和厚度Ti都有助于横跨光探测器106偏移高传输带。在一些执行例中，高传输带在每个光探测器106处偏移不同的量。
参考图8B，提供了图8A的图像传感器的一些可选执行例的截面图800B，其中第二中间层112s的厚度Tsi大于第一中间层112f的厚度Tfi并且延伸穿过窄带滤波器102的厚度。此外，层间结构112的厚度Ti横跨光电探测器106在第一中间层112f的厚度Tfi和第二中间层112s的厚度Tsi之间交替。
参考图9，提供了图8A的图像传感器的一些更详细的执行例的截面图900，其中窄带滤波器102位于衬底104的背侧并且通过背侧结构902与该背侧分隔开。此外，半导体器件904和互连结构906位于衬底104的与衬底104的背侧相对的前侧上。
背侧结构902包括隔离层908，隔离衬垫910和金属栅格912。隔离层908和隔离衬垫910覆盖衬底104的背侧。隔离层908突出到衬底104中。隔离衬垫910内衬在隔离层908的下侧，以将隔离层908与衬底104分隔开。这些突起共同限定了背侧沟槽隔离结构。隔离层908可以是或包括例如氧化硅和/或一些其它合适的电介质。隔离衬垫910可以例如是介电常数大于约10的高k电介质和/或一些其它合适的电介质。在一些执行例中，隔离层908和/或隔离衬垫910是抗反射涂层(ARC)。
金属栅格912掩埋在隔离层908中，以用作传播到光探测器106的辐射的反射引导。通过用作辐射引导，金属栅格912可以例如减少光探测器106之间的串扰，并提高量子效率。金属栅格912可以是或包括例如铜、铝铜、铝、一些其它合适的金属或前述的任何组合。
半导体器件904由衬底104部分地限定，并且可以是例如金属氧化物半导体场效应器件(MOSFET)、一些其它合适的金属氧化物半导体(MOS)器件、一些其它合适的绝缘栅极场效应晶体管(IGFET)、一些其它合适的半导体器件或上述的任何组合。在一些执行例中，半导体器件904和光电探测器106共同限定像素传感器。像素传感器可以例如是有源像素传感器或一些其它合适的像素传感器。在一些执行例中，半导体器件904包括对应的栅电极914、对应的栅极介电层916、对应的介电间隔件918，以及对应的源极/漏极区域(未示出)。源极/漏极区域位于衬底104中，并且栅电极914每个都夹在两个源极/漏极区域之间。栅极介电层916将栅电极914与衬底104间隔开。介电间隔件918位于栅电极914的侧壁上。
互连结构906包括互连介电层920、多条导线922和多个通孔924。导线922和通孔924交替地堆叠在互连介电层920中以限定通往半导体器件904的导电路径。导电路径互连半导体器件904和/或从图像传感器的外部提供与半导体器件904的电耦接。
参考图10，提供了图9的图像传感器的一些可选执行例的截面图1000，其中图像传感器是前照式而不是背照式的。因此，省略了背侧结构902，并且沟槽隔离结构1002延伸到衬底104的前侧中，以物理和电分离光电探测器106。沟槽隔离结构1002是或包括电介质，并且例如可以是浅沟槽隔离(STI)结构或其它合适的沟槽隔离结构。此外，半导体器件904和互连结构906位于衬底104和窄带滤波器102之间。
虽然使用图8A中的窄带滤波器102的执行例示出了图9和图10，但是在可选执行例中，可以使用图1、图3、图4A、图4B、图6、图7A、图7B和图8B的任一个中的窄带滤波器102的执行例。
参考图11至图16、图17A和图18，提供了使用灰色掩模来形成图像传感器的方法的一些执行例的一系列截面图1100-1600、1700A、1800，该图像传感器包括具有厚度变化的单个中间层的窄带滤波器。参考图1示出和描述了这种窄带滤波器的实例。
如图11的截面图1100所示，图案化衬底104的背侧以形成将衬底104中的光电探测器106分隔开的沟槽1102。光电探测器106包括第一光电探测器106a和第二光电探测器106b。衬底104的背侧在衬底104的与衬底104的前侧相对的侧上，并且半导体器件904和互连结构906位于衬底104的前侧上。半导体器件904和/或互连结构906可以例如如关于图9所描述的。图案化可以例如通过光刻/蚀刻工艺或一些其它合适的图案化工艺来执行。
如图12的截面图1200所示，隔离衬垫910和第一隔离层908a依次沉积为覆盖衬底104的背侧并填充沟槽1102(例如，见图11)。隔离衬垫910内衬衬底104的背侧并且部分地填充沟槽1102。第一隔离层908a覆盖隔离衬垫910并且填充隔离衬垫910上方的沟槽1102。隔离衬垫910和第一隔离层908a共同限定了背面沟槽隔离结构。在一些执行例中，在沉积第一隔离层908a之后，将第一隔离层908a的顶面平坦化为使得其是平坦或基本平坦的。第一隔离层908a可以是或包括例如氧化硅和/或一些其它合适的电介质。隔离衬垫910可以例如是介电常数大于约10的高k电介质和/或一些其它合适的电介质。在一些执行例中，隔离衬垫910是ARC。
如图13的截面图1300所示，图案化第一隔离层908a，以形成横向延伸(从上向下观察时)以分别围绕每个光电探测器106的金属栅格开口1302。图案化例如可以通过光刻/蚀刻工艺或一些其它合适的图案化工艺来执行。
如图14的截面图1400所示，在金属栅格开口1302(例如，见图13)中形成金属栅格912。用于形成金属栅格912的工艺可以例如包括在金属栅格开口1302中沉积金属层，并且随后对金属层执行平坦化直到到达第一隔离层908a的顶面。然而，用于形成金属栅格912的其它工艺是可以的。
如图15的截面图1500所示，在金属栅格912和第一隔离层908a上方沉积第二隔离层908b。第二隔离层908b可以是或包括例如氧化硅和/或一些其它合适的电介质。
同样如图15的截面图1500示出，在第二隔离层908b上方沉积一个或多个第一折射率层108和一个或多个第二折射率层110。总共沉积至少三层。第一折射率层108和第二折射率层110具有不同的折射率，并且以周期性图案堆叠以限定下多层膜114。在一些执行例中，下多层膜114是或限定DBR。第一折射率层108和第二折射率层110以及下多层膜114可以例如是关于图1所描述的。
如图16的截面图1600所示，在下多层膜114上方沉积第一中间层112f。当与第一折射率层108和/或第二折射率层110相比时，第一中间层112f具有不同的折射率、不同的厚度、不同的材料或上述的任何组合，以破坏下多层膜114处的周期性图案。
在一些执行例中，第一中间层112f的折射率与第一折射率层108的折射率和/或第二折射率层110的折射率不同。在一些执行例中，第一中间层112f的折射率为约1.0-4.5、约1.0-2.75、约2.75-4.5或一些其它合适的值。在一些执行例中，第一中间层112f的厚度Tfi为约30-600纳米、约30-315纳米、约315-600纳米或一些其它合适的值。在一些执行例中，第一中间层112f是或包括电介质。在一些执行例中，第一中间层112f是透明的和/或对于由窄带滤波器102传输的波长具有低吸收。低吸收可以例如是小于约30％、20％、10％或其它合适的值的吸收。在一些执行例中，第一中间层112f是或包括氧化硅、氧化钛或一些其它合适的材料。
同样如图16的截面图1600示出，在第一中间层112f上方沉积掩模层1602。掩模层1602是光刻胶或一些其它合适的光敏材料，并且可以例如通过旋涂或其它合适的沉积工艺来沉积。
如图17A的截面图1700A所示，掩模层1602通过灰色掩模1704暴露于辐射1702，使得辐射1702的强度在第一光电探测器106a正上方大于在第二光电探测器106b正上方。因此，随后将显影剂施加到掩模层1602上来去除比第二光电探测器106b正上方更多量的第一光电探测器106a正上方的掩模层1602。此外，掩模层1602的厚度Tmsk在第一光电探测器106a的正上方比在第二光电探测器106b的正上方小。
灰度掩模1704具有由透明区域1704t围绕的多个不透明区域1704o。不透明区域1704o限定了横向变化并且以小于辐射1702的波长的间距Pi重复的周期性图案。由于间距Pi小于波长，所以穿过灰度掩模1704的辐射1702的强度随着不透明区域1704o的填充因子而变化。随着填充因子增大，辐射1702的强度降低，反之亦然。因此，由于第二光电探测器106b正上方的不透明区域1704o的填充因子大于第一光电探测器106a正上方的不透明区域1704o的填充因子，因此第一光电探测器106a正上方的辐射1702的强度大于第二光电探测器106b正上方的辐射1702的强度。
进一步参考图17B和图17C，示出了根据灰度掩模1704的一些实施例的图17A的灰度掩模1704的操作。图17B是灰度掩模1704的一些实施例的扩展的顶部布局1700B，并且具有从左到右离散地增大的填充因子。图17B是“扩展的”，因为它示出了比图17A中示出的更多的灰度掩模1704。图17C是曲线1706的一些实施例的曲线图1700C，其描述了强度作为灰度掩模1704的填充因子的函数。如图17C所示，强度随着填充因子离散地增大而离散地降低。
如图18的截面图1800所示，对掩模层1602(例如，参见图17A)和第一中间层112f执行蚀刻以将掩模层1602的图案转印至第一中间层112f。作为图案转印的结果，第一中间层112f的厚度Tfi在第一和第二光电探测器106a、106b上离散地变化。此外，第一中间层112f限定了中间层结构112。由于使用了灰度掩模1704(参见图17A)，第一中间层112f的厚度Tfi可以利用单个掩模在光电探测器106上变化。光掩模价格昂贵，因此使用单个掩模降低了成本。
在蚀刻期间，蚀刻减薄了掩模层1602，直到第一中间层112f暴露在第一光电探测器106a正上方。此时，第二光电探测器106b保持由掩模层1602覆盖。然后，蚀刻在第一光电探测器106a正上方蚀刻到第一中间层112f中，同时其同时在第二光电探测器106b正上方蚀刻到掩模层1602中。这一直持续到掩模层1602的图案已经转印至第一中间层112f，并且在一些实施例中，掩模层1602已经被去除。在蚀刻之后残留任何掩模层1602时，从第一中间层112f去除掩模层1602的剩余部分。
还通过图18的截面图1800示出，一个或多个附加第一折射率层108和一个或多个附加第二折射率层110沉积在第一中间层112f上方。总共沉积至少三层。附加第一和第二折射率层108、110具有不同的折射率，并且以周期性图案堆叠以限定上部多层膜116。在一些实施例中，上部多层膜116是或限定DBR。附加第一和第二折射率层108、110以及上部多层膜116可以例如关于图1所描述。下部和上部多层膜114、116和中间层结构112共同限定了窄带滤色器102。
在图像传感器的使用期间，窄带滤色器102接收至光电探测器106的途中的辐射。此外，窄带滤色器102通过第一和第二折射率层108、110与第一中间层112f之间的界面处的反射的相长和相消干涉将辐射118选择性地传输到光电探测器106。这样的选择性传输进而允许光电探测器106在不同波长和不同颜色的辐射之间进行区分。
下部多层膜114和上部多层膜116产生低传输带(例如，参见图2中的204)，并且中间层结构112产生高传输带(例如，参见图2中的206)，高传输带窄并且将低传输带一分为二。第一中间层112f的厚度Tfi增加将高传输带偏移到更高的波长，而厚度Tfi减小则将高传输带偏移到更低的波长。因为第一中间层112f的厚度Tfi在第二光电探测器106b正上方比在第一光电探测器106a正上方更大，所以高传输带在第二光电探测器106b正上方的波长可以比在第一光电探测器106a正上方的波长更高。这允许窄带滤色器102区分不同波长的辐射并且因此区分不同的颜色。
虽然图17A和图18示出了使用图17A的灰度掩模1704来离散地改变图17A的掩模层1602的厚度Tmsk的方法的实施例，该方法的可选实施例可以使用灰度掩模1704来连续地改变厚度Tmsk。例如，灰度掩模1704的不透明度可以连续变化，和/或不透明区域1704o的填充因子可以连续变化，因此穿过灰度掩模1704的辐射1702的强度连续变化。
参考图19A和图20，截面图1900A、2000示出了该方法的一些可选实施例。这些可选实施例从图11至图16的动作进行到图19A的动作，以及从图19A的动作进行到图20的动作，同时跳过图17A和图18的动作。因此，图19A和图20是图17A和图18的替代方案。另外，图19A和图20分别如图17A和图18处所述，除了由掩模层1602的厚度Tmsk连续变化引起的差异之外。
进一步参考图19B和图19C，示出了根据灰度掩模1704的一些实施例的图19A的灰度掩模1704的操作。图19B是灰度掩模1704的一些实施例的扩展的顶部布局1900B，并且具有从左到右连续增大的填充因子。图19C是曲线1706的一些实施例的曲线图1900C，其描述了强度作为灰度掩模1704的填充因子的函数。如图19C所示，强度随着填充因子连续增大而连续降低。图19B和图19C可以分别被认为是图17B和图17C的可选实施例。
虽然参考方法描述了图1至图16、图17A、图18、图19A和图20，将理解的是，图1至图16、图17A、图18、图19A和图20所示的结构不限于该方法，而是可以单独地独立于该方法。虽然将图1至图16、图17A、图18、图19A和图20描述为一系列动作，将理解，在其它实施例中，动作的顺序可以改变。虽然将图1至图16、图17A、图18、图19A和图20示出和描述为一组特定的动作，但是在其它实施例中可以省略示出和/或描述的一些动作。此外，未示出和/或描述的动作可以包括在其它实施例中。
参考图21，提供了1至图16、图17A、图18、图19A和图20的方法的一些实施例的框图2100。
在2102处，在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器。此外，在衬底的前侧上形成半导体器件和互连结构。参见例如图11。
在2104处，形成后侧沟槽隔离结构，该后侧沟槽隔离结构延伸到衬底的后侧并且将第一光电探测器和第二光电探测器分隔开。参见例如图11和图12。
在2106处，在衬底的后侧上形成金属栅格。参见例如图13和图14。
在2108处，在衬底的后侧上形成第一多层膜，其中第一多层膜从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图15。
在2110处，在第一多层膜上堆叠形成中间层和光敏层。参见例如图16。
在2112处，使用灰度掩模，将分别位于第一和第二光电探测器上面的光敏层的第一部分和光敏层的第二部分暴露于分别具有不同强度的辐射。此外，显影光敏层。参见例如图17A或图19A。
在2114处，在光敏层位于适当位置的情况下对中间层执行蚀刻，以第一量蚀刻到中间层的第一部分中，并且以不同于第一量的第二量蚀刻到中间层的第二部分中，其中中间层的第一和第二部分分别位于第一和第二光电探测器上面。参见例如图18或图20。
在2116处，去除光敏层的任何剩余部分。参见例如图18或图20。
在2118处，在中间层上形成第二多层膜，并且第二多层膜从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图18或图20。
虽然本文中将图21的框图2100示出和描述为一系列动作或事件，但是应当理解，这样的动作或事件的示出顺序不应以限制性的意义来解释。例如，一些动作可以以不同的顺序发生和/或与除了本文示出和/或描述的那些动作或事件之外的其它动作或事件同时发生。此外，可能不需要全部示出的动作来实现本文的描述的一个或多个方面或实施例，并且本文描述的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。
参考图22至图28，提供了图11至图16、图17A和图18的方法的一些可选实施例的一系列截面图2200-2800，其中使用印模代替灰度掩模。
如图22的截面图2200所示，图案化模具衬底2202，使其厚度Tmld在第一模具区域2202a和第二模具区域2202b之间离散地变化。如下文所见，第一和第二模具区域2202a、2202b可以例如对应于光电探测器。图案化例如可以通过光刻/蚀刻工艺或一些其它合适的图案化工艺来执行。模具衬底2202可以例如是块状硅衬底和/或一些其它合适的衬底。此外，模具衬底2202可以例如是晶圆或一些其它合适的衬底。
如图23的截面图2300所示，以模具衬底2202的图案形成印模2302，使得印模2302的厚度Ts在第一和第二模具区域2202a、2202b上离散地变化。印模2302包括载体衬底2302s和位于载体衬底2302s下面的突起2302p。突起2302p从载体衬底2302s向下突出，使得印模2302的底面与模具衬底2202的顶面共形。突起2302p可以例如是或包括胶或某种其它合适的材料。载体衬底2302s可以例如是晶圆或一些其它合适的衬底。
在一些实施例中，用于形成印模2302的工艺包括在模具衬底2202上沉积(UV)胶(例如，通过UV光固化的胶)，将载体衬底2302s放置在UV胶和模具衬底2202上，以及通过载体衬底2302s用UV辐射固化UV胶。在这样的实施例中，突起2302p是或包括已经固化的UV胶，并且载体衬底2302s是或包括玻璃或对UV辐射透明的一些其它材料。尽管有前述工艺和材料，但是可以使用其它工艺和/或材料来形成印模2302。
如图24的截面图2400所示，从模具衬底2202去除印模2302。
如图25的截面图2500所示，在衬底104的后侧上形成第一隔离层908a、第二隔离层908b、隔离衬垫910和金属栅格912。此外，在第二隔离层908b上方沉积一个或多个第一折射率层108、一个或多个第二折射率层110以及第一中间层112f。第一和第二折射率层108、110具有不同的折射率，并且以周期性图案堆叠以限定下部多层膜114。
图25的结构及其形成如图11至图16处所述，除了掩模层2502的形成之外。掩模层2502沉积在第一中间层112f上而不是图16的掩模层1602。掩模层2502是或包括可流动和/或易弯曲的材料，可以通过冲压来图案化。在一些实施例中，掩模层2502是比光刻胶更易流动的光刻胶样材料。掩模层2502可以例如通过旋涂或一些其它合适的沉积工艺形成。
如图26的截面图2600所示，对掩模层2502进行冲压以将图案从印模2302转印至掩模层2502。作为图案转印的结果，掩模层2502的厚度Tmsk在第一和第二光电探测器106a、106b上离散地变化。另外，在一些实施例中，一旦将图案转印至掩模层2502，就对掩模层2502进行固化和/或硬化。例如，可以通过加热掩模层2502，通过印模2302将掩模层2502暴露于辐射或通过一些其它合适的工艺来执行固化和/或硬化。在可选实施例中，省略固化和/或硬化。
如图27的截面图2700所示，从掩模层2502去除印模2302。
如图28的截面图2800所示，对掩模层2502(例如，参见图27)和第一中间层112f执行蚀刻以将掩模层2502的图案转印至第一中间层112f。在蚀刻之后残留任何掩模层2502时，去除掩模层2502的剩余部分。作为图案转印的结果，第一中间层112f的厚度Tfi在第一和第二光电探测器106a、106b上离散地变化。此外，第一中间层112f限定中间层结构112。例如，可以如关于图18所描述的那样执行蚀刻。由于使用了印模2302(参见图26)，可以在使用昂贵的光刻工艺工具的情况下，第一中间层112f的厚度Tfi在光电探测器106上变化。
还如图28的截面图2800所示，一个或多个附加第一折射率层108和一个或多个附加第二折射率层110沉积在第一中间层112f上方。总共沉积至少三个第一折射率层108和至少三个第二折射率层110。附加第一和第二折射率层108、110具有不同的折射率并且以周期性图案堆叠以限定上部多层膜116。附加第一和第二折射率层108、110以及上部多层膜116可以例如关于图1处所述。上部多层膜114、下部多层膜116和中间层结构112共同限定了窄带滤色器102。
虽然图22至图28示出了使用图26的印模2302来离散地改变图26的掩模层2502的厚度Tmsk的方法的实施例，该方法的可选实施例可以使用印模2302来连续地改变厚度Tmsk。例如，可以通过光刻/蚀刻工艺，使用在图19A至图19C中示出和描述的灰度掩模1704来执行图22中的动作，使得模具衬底2202的厚度Tmld连续变化。然后，例如，图23处的图案转印可以导致印模2302的厚度Ts连续变化，并且例如，图26处的图案转印可以导致厚度Tmsk连续变化。
参考图29至图31，截面图2900-3100示出了该方法的一些可选实施例。这些可选实施例从图22至图25的动作进行到图29至图31的动作，同时跳过图29至图31的动作。因此，图29至图31是图26至图28的替代方案，并且分别如图26至图28处所述，除了由掩模层2502的厚度Tmsk连续变化引起的差异之外。
虽然图参考方法描述了图22至图31，应当理解，图22至图31中所示的结构可以不限于该方法，而是可以单独地独立于该方法。虽然将图22至图31描述为一系列动作，应当理解，在其它实施例中，动作的顺序可以改变。虽然将图22至图31示出和描述为一组特定的动作，在其它实施例中可以省略示出和/或描述的一些动作。此外，未示出和/或描述的动作可以包括在其它实施例中。
参考图32，提供了图22至图31的方法的一些实施例的框图3200。
在3202处，在模具衬底的表面中形成图案，其中一旦形成图案，该表面在模具衬底的不同模具区域处分别具有不同的高度。参见例如图22。
在3204处，将图案从模具衬底转印至印模。参见例如图23和图24。
在3206处，在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器。此外，在衬底的前侧上形成半导体器件和互连结构。参见例如图25。
在3208处，形成后侧沟槽隔离结构，后侧沟槽隔离结构延伸到衬底的后侧并且将第一光电探测器和第二光电探测器分隔开。参见例如图25。
在3210处，在衬底的后侧上形成金属栅格。参见例如图25。
在3212处，在衬底的后侧上形成第一多层膜，其中第一多层膜从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图25。
在3214处，在第一多层膜上堆叠形成中间层和掩模层。参见例如图25。
在3216处，将印模压入掩模层以将图案从印模转印至掩模层。参见例如图26和图27或图29和图30。
在3218处，在掩模层位于适当的位置的情况下，对中间层执行蚀刻以将图案从掩模层转印至中间层，其中该蚀刻以第一量延伸到中间层的第一部分中并且以不同于第一量的第二量进一步延伸至中间层的第二部分，并且其中中间层的第一和第二部分分别位于第一和第二光电探测器上面。参见例如图28或图31。
在3220处，去除掩模层的任何剩余部分。参见例如图28或图31。
在3222处，在中间层上形成第二多层膜，并且第二多层膜从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图28或图31。
虽然本文中将图32的框图3200示出和描述为一系列动作或事件，但是应当理解，这样的动作或事件的示出顺序不应以限制性的意义来解释。例如，一些动作可以以不同的顺序发生和/或与除了本文示出和/或描述的那些动作或事件之外的其它动作或事件同时发生。此外，可能不需要全部示出的动作来实现本文的描述的一个或多个方面或实施例，并且本文描述的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。
参考图33至图36，示出形成包括窄带滤色器的图像传感器的方法的一些实施例的一系列截面图3300-3600，其中，中间层之间的比率变化，并且中间层和窄带滤色器具有均匀的厚度。关于图4A示出并且描述了这种窄带滤色器的示例。
如图33的截面图3300所示，在衬底104的后侧上形成第一隔离层908a、第二隔离层908b、隔离衬垫910和金属栅格912。此外，在第二隔离层908b上方沉积一个或多个第一折射率层108、一个或多个第二折射率层110、第一中间层112f和掩模层1602。第一和第二折射率层108、110具有不同的折射率，并且以周期性图案堆叠以限定下部多层膜114。
图33的结构及其形成如图11至图16处所述，除了形成蚀刻停止层3302之外。在第一和第二折射率层108、110的沉积与第一中间层112f的沉积之间沉积蚀刻停止层3302。蚀刻停止层3302是与第一中间层112f以及邻接的第一折射率层108和第二折射率层110中的一个不同的材料。蚀刻停止层3302是电介质，并且可以是例如氮化硅、碳化硅、一些其它合适的电介质或上述的任意组合。在可选实施例中，省略(即，未形成)蚀刻停止层3302。
如图34的截面图3400所示，通过光掩模3404将掩模层1602暴露于辐射3402，随后暴露于显影剂，以在掩模层1602中形成第一开口3406的图案。光掩模3404具有在光掩模3404中限定图案的一个或多个不透明区域3404o和一个或多个透明区域3404t。第一开口3406以周期Pe周期性地在光电探测器106上重复。此外，在光电探测器106上，第一开口3406的周期Pe和/或单独的体积是变化的。这样，位于第一光电探测器106a上面的第一开口3406的第一子集具有第一总体积，并且位于第二光电探测器106b上面的第一开口3406的第二子集具有不同的第二总体积。第一开口3406的单独的体积可以例如根据第一开口3406的单独的宽度W、第一开口3406的单独的形状、第一开口3406的其它合适的参数或前述的任意组合而变化。周期Pe和宽度W小于形成的窄带滤色器的高传输带。
如图35的截面图3500所示，在掩模层1602位于适当的位置的情况下，对第一中间层112f执行蚀刻，以将图案从掩模层1602转印至第一中间层112f。这样，第一中间层112f具有与第一开口3406(例如，参见图34)对应的第二开口3502的图案。位于第一光电探测器106a上面的第二开口3502的第一子集具有第一总体积，并且位于第二光电探测器106b上面的第二开口3502的第二子集具有不同的第二总体积。蚀刻在蚀刻停止层3302上停止。
还如图35的截面图3500所示，从第一中间层112f去除掩模层1602。
如图36的截面图3600所示，第二中间层112s形成在第二开口3502(例如，参见图35)中。第二中间层112s具有与第一中间层112f不同的折射率，并且在第一中间层112f中限定多个柱状结构402。第一和第二中间层112f、112s共同限定中间层结构112。在一些实施例中，用于形成第二中间层112s的工艺包括：1)在第二开口3502中沉积覆盖第一中间层112f的第二中间层112s；以及2)随后对第二中间层112s执行平坦化，直到第二中间层112s的顶面约与第一中间层的顶面齐平。然而，其它工艺也是可以的。
在一些实施例中，第二中间层112s的折射率不同于第一折射率层108的折射率和/或第二折射率层110的折射率。在一些实施例中，第二中间层112s的折射率为约1.0-4.5、约1.0-2.75、约2.75-4.5或一些其它合适的值。在一些实施例中，第二中间层112s的折射率为约1.5-4.5，而第一中间层112f的折射率为约1.0-2.5，反之亦然。然而，其它折射率值也是可以的。
在一些实施例中，第二中间层112s是或包括与第一折射率层108和/或第二折射率层110不同的材料。在一些实施例中，第二中间层112s是或包括与第一中间层112f不同的材料和/或是或包括电介质。在一些实施例中，第二中间层112s是透明的和/或对于由窄带滤色器102传输的波长具有低吸收。低吸收可以例如是小于约30％、20％、10％或一些其它合适的值的吸收。在一些实施例中，第二中间层112s是或包括氧化硅、氧化钛或一些其它合适的材料。在一些实施例中，第二中间层112s是或包括氧化钛，并且第一中间层112f是或包括氧化硅，反之亦然。
还如图36的截面图3600所示，一个或多个附加第一折射率层108和一个或多个附加第二折射率层110沉积在第一和第二中间层112f、112s上方。总共沉积至少三层。附加第一和第二折射率层108、110具有不同的折射率并且以周期性图案堆叠以限定上部多层膜116。附加第一和第二折射率层108、110以及上部多层膜116可以例如关于图1处所述。上部多层膜114、下部多层膜116和中间层结构112共同限定了窄带滤色器102。
在图像传感器的使用期间，根据第一中间层112f和第二中间层112s中的哪个具有较高的折射率，增加第二中间层112s与第一中间层112f的比率来使高传输带上下偏移。在第一中间层112f具有较高折射率的实施例中，增加该比率将高传输带偏移至更低波长。在第二中间层112s具有较高折射率的实施例中，增加该比率将高传输带偏移至更高波长。
因为第二中间层112s与第一中间层112f的比率在第一光电探测器106a上方更高，所以当第二中间层112s具有比第一中间层112f更高的折射率时，高传输带在第一光电探测器106a上面比在在第二光电探测器106b上面更高。此外，当第二中间层112s具有比第一中间层112f更低的折射率时，高传输带在第一光电探测器106a上面比在第二光电探测器106b上面更低。
虽然图33至图36示出了该方法的实施例，其中在该方法的可选实施例中，第二中间层112s定位至第一中间层112f，第二中间层112s可以延伸穿过窄带滤色器的整个厚度。关于图4B示出并描述了这种窄带滤色器的示例。
参考图37至图39，截面图3700-3900示出了该方法的一些可选实施例。这些可选实施例从图33的动作开始，减去掩模层1602的沉积。此外，在执行图33的动作时，在第二隔离层908b的沉积和下部多层膜114的形成之间沉积蚀刻停止层3302。在图33的动作之后，该方法进行至图37至图39的动作，同时跳过图34至图36的动作。如图37的截面图3700所示，如图36所示形成上部多层膜116，随后如图33所示淀积掩模层1602。如图38的3800所示，如图34处所述图案化掩模层1602。如图39的截面图3900所示，如图35处所述，在掩模层1602位于适当的位置的情况下，执行蚀刻以形成第二开口3502的图案。此外，如图35处所述去除掩模层1602，并且如图36处所述用第二中间层112s填充第二开口3502。
虽然参考方法描述了图33至图39的结构，应当理解，图33至图39所示的结构不限于该方法，而是可以单独地独立于该方法。虽然将图33至图39中的动作描述为一系列动作，但是应当理解，在其它实施例中，动作的顺序可以改变。虽然将图33至图39示出和描述为一组特定的动作，但是在其它实施例中可以省略示出和/或描述的一些动作。此外，未示出和/或描述的动作可以包括在其它实施例中。
参考图40，提供了图33至图39的方法的一些实施例的框图4000。
在4002处，在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器。此外，在衬底的前侧上形成半导体器件和互连结构。参见例如图33或图37。
在4004处，形成后侧沟槽隔离结构，该后侧沟槽隔离结构延伸到衬底的后侧中并且将第一光电探测器和第二光电探测器分隔开。参见例如图33或图37。
在4006处，在衬底的后侧上形成金属栅格。参见例如图33或图37。
在该方法的第一实施例中，接下来执行4008a-4008e处的动作。在4008a处，在衬底的后侧上形成第一多层膜，其中该第一多层膜从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图33。在4008b处，在第一多层膜上堆叠形成蚀刻停止层和第一中间层。参见例如图33。在4008c处，对第一中间层执行选择性蚀刻，并在蚀刻停止层上停止，其中选择性蚀刻在第一光电探测器上面形成第一组开口，并且在第二光电探测器上面还形成第二组开口，并且其中第二组开口的总体积与第一组开口的总体积不同。参见例如图34和图35。在4008d处，用第二中间层填充第一和第二开口，该第二中间层的折射率与第一中间层的折射率不同。参见例如图36。在4008e处，第二多层膜形成在第一和第二中间层上，并且从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图36。
在该方法的第二实施例中，执行4010a-4010c处的动作而不是4008a-4008e处的动作。在4010a处，在衬底的后侧上堆叠形成蚀刻停止层、第一多层膜、第一中间层和第二多层膜，其中第一多层膜和第二多层膜从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图37。在4010b处，对第一和第二多层膜和第一中间层执行选择性蚀刻，其中选择性蚀刻停止在蚀刻停止层上，在第一光电探测器上面形成第一组开口，在第二光电探测器上面形成第二组开口，并且其中第二组开口的总体积与第一组开口的总体积不同。参见例如图38和图39。在4010c处，用第二中间层填充第一和第二开口，该第二中间层的折射率与第一中间层的折射率不同。参见例如图39。
虽然本文中将图40的框图4000示出和描述为一系列动作或事件，但是将理解的是，这样的动作或事件的示出顺序不应以限制性的意义来解释。例如，一些动作可以以不同的顺序发生和/或与除了本文示出和/或描述的那些动作或事件之外的其它动作或事件同时发生。此外，可能不需要全部示出的动作来实现本文的描述的一个或多个方面或实施例，并且本文描述的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。
参考图41至图45，示出了图33至图36的方法的一些可选实施例的一系列截面图4100-4500，其中使用了印模。
如图41的截面图4100所示，用图34处的掩模层1602的图案对模具衬底2202进行图案化。该图案化例如可以通过光刻/蚀刻工艺或一些其它合适的图案化工艺来执行。光刻/蚀刻工艺可以例如在光刻期间使用图34处的光掩模3404。此外，在模具衬底2202上形成具有模具衬底2202的图案的印模2302，随后从模具衬底2202去除印模2302。印模2302包括载体衬底2302s和位于载体衬底2302s下面的多个突起2302p。印模2302及其形成可以例如如图22至图24处所述。
如图42的截面图4200所示，在衬底104的后侧上形成第一隔离层908a、第二隔离层908b、隔离衬垫910和金属栅格912。此外，在第二隔离层908b上方沉积一个或多个第一折射率层108、一个或多个第二折射率层110以及第一中间层112f。第一和第二折射率层108、110具有不同的折射率，并且以周期性图案堆叠以限定下部多层膜114。
图42的结构及其形成如图11至图16处所述，除了蚀刻停止层3302和掩模层2502的形成之外。在第一折射率层108和第二折射率层110的沉积与第一中间层112f的沉积之间沉积蚀刻停止层3302。在可选实施例中，省略蚀刻停止层3302。代替图16的掩模层1602，在第一中间层112f上沉积掩模层2502。分别在图25和图33处描述掩模层2502和蚀刻停止层3302。
还如图42的截面图4200所示，对掩模层2502进行冲压以将图案从印模2302转印至掩模层2502。此外，在一些实施例中，一旦已经转印图案，使掩模层2502固化和/或硬化。可以例如通过加热掩模层2502，将掩模层2502暴露于穿过印模2302的辐射或通过一些其它合适的工艺来执行固化和/或硬化。所得结构可以例如如图34处所述。
如图43的截面图4300所示，从掩模层2502去除印模2302。
如图44的截面图4400所示，在掩模层2502位于适当的位置的情况下，对第一中间层112f执行蚀刻，以将图案从掩模层2502转印至第一中间层112f。此外，从第一中间层112f去除掩模层2502。蚀刻和所得结构可以例如如图35处所述。
如图45的截面图4500所示，第二中间层112s形成为由第一中间层112f围绕。此外，在第一和第二中间层112f、112s上形成上部多层膜116。第二中间层112s的形成和上部多层膜116的形成例如可以如图36处所述，并且所得的结构可以例如如图36处所述。
虽然图41至图45示出了该方法的实施例，其中在该方法的可选实施例中，第二中间层112s定位至第一中间层112f，第二中间层112s可以延伸穿过窄带滤色器的整个厚度。关于图4B示出并描述了这种窄带滤色器的示例。
参考图46至图48，截面图4600-4800示出了该方法的一些可选实施例。这些可选实施例从图41和图42的动作开始，减去掩模层2502的沉积和冲压。此外，在执行图42处的动作时，在第二隔离层908b的沉积与下部多层膜114的形成之间沉积蚀刻停止层3302。在图41和图42处的动作之后，方法进行到图46至图48处的动作，并且跳过图43至图45处的动作。如图46的截面图4600所示，如图45处所述形成上部多层膜116，随后如图42处所述沉积掩模层2502。此外，如图42处所述，以印模2302图案化掩模层2502。如图47的截面图4700所示，从掩模层2502去除印模2302。如图48的截面图4800所示，如图44处所述，在掩模层2502位于适当的位置的情况下执行蚀刻。此外，如图44处所述，去除掩模层2502，并且如图45处所述，形成第二中间层112s。
虽然参考方法描述了图41至图48，应该理解的是，图41至图48所示的结构不限于该方法，而是可以单独地独立于该方法。虽然将图41至图48描述为一系列动作，但是应当理解，在其它实施例中，动作的顺序可以改变。虽然将图41至图48示出和描述为一组特定的动作，但是在其它实施例中可以省略示出和/或描述的一些动作。此外，未示出和/或描述的动作可以包括在其它实施例中。
参考图49，提供了图41至图48的方法的一些实施例的框图4900。
在4902处，在模具衬底的表面中形成图案，其中该表面在第一滤色器区域处具有第一组开口，并且在第二滤色器区域处还具有第二组开口，并且其中第二组开口的总体积与第一组开口的总体积不同。参见例如图41。
在4904处，将图案从模具衬底转印至印模。参见例如图41。
在4906处，在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器。此外，在衬底的前侧上形成半导体器件和互连结构。参见例如图42或图46。
在4908处，形成后侧沟槽隔离结构，该后侧沟槽隔离结构延伸到衬底的后侧中并且将第一光电探测器和第二光电探测器分隔开。参见例如图42或图46。
在4910处，在衬底的后侧上形成金属栅格。参见例如图42或图46。
在该方法的第一实施例中，接下来执行4912a-4912g处的动作。在4912a处，在衬底的后侧上形成第一多层膜，其中第一多层膜从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图42。在4912b处，在第一多层膜上堆叠形成蚀刻停止层、第一中间层和掩模层。参见例如图42。在4912c处，将印模压入掩模层中以将图案从印模转印至掩模层。参见例如图42和图43。在4912d处，在掩模层位于适当的位置的情况下对第一中间层执行蚀刻，并在蚀刻停止层上停止，其中该蚀刻在第一光电探测器上面形成第一组开口，并且在第二光电探测器上面还形成第二组开口，并且其中第二组开口的总体积与第一组开口的总体积不同。参见例如图44。在4912e处，去除掩模层的任何剩余部分。参见例如图44。在4912f处，用第二中间层填充第一和第二开口，该第二中间层的折射率与第一中间层的折射率不同。参见例如图45。在4912g处，第二多层膜形成在第一和第二中间层上，并且从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图45。
在该方法的第二实施例中，代替4912a-4912g处的动作，执行4914a-4914e处的动作。在4914a处，在衬底的后侧上堆叠形成蚀刻停止层、第一多层膜、第一中间层、第二多层膜和掩模层，其中第一和第二多层膜从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图46。在4914b处，将印模压入掩模层以将图案从印模转印至掩模层。参见例如图46和图47。在4914c处，在掩模层位于适当的位置的情况下，对第一多层膜和第二多层膜以及第一中间层执行蚀刻，其中蚀刻停止在蚀刻停止层上，在第一光电探测器上面形成第一组开口，并且在第二光电探测器上面还形成第二组开口，并且其中第二组开口的总体积与第一组开口的总体积不同。参见例如图48。在4914d处，去除掩模层的任何剩余部分。参见例如图48。在4914e处，用第二中间层填充第一和第二开口，该第二中间层的折射率与第一中间层的折射率不同。参见例如图48。
虽然本文中将图49的框图4900示出和描述为一系列动作或事件，但是将理解的是，这样的动作或事件的示出顺序不应以限制性的意义来解释。例如，一些动作可以以不同的顺序发生和/或与除了本文示出和/或描述的那些动作或事件之外的其它动作或事件同时发生。此外，可能不需要全部示出的动作来实现本文的描述的一个或多个方面或实施例，并且本文描述的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。
参考图50至图54，示出形成包括窄带滤色器的图像传感器的方法的一些实施例的一系列截面图5000-5400，其中，中间层之间的比率变化，并且中间层和窄带滤色器具有可变的厚度。关于图8A示出并描述了这种窄带滤色器的示例。
如图50的截面图5000所示，在衬底104的后侧上形成第一隔离层908a、第二隔离层908b、隔离衬垫910和金属栅格912。此外，在第二隔离层908b上方沉积一个或多个第一折射率层108、一个或多个第二折射率层110以及第一中间层112f。第一和第二折射率层108、110具有不同的折射率，并且以周期性图案堆叠以限定下部多层膜114。
图50的结构及其形成如在图11至图16处所述，除了形成蚀刻停止层3302、第一掩模层5002和附加光电探测器106c、106d之外。在第一和第二折射率层108、110的沉积与第一中间层112f的沉积之间沉积蚀刻停止层3302。在可选实施例中，省略蚀刻停止层3302。第一掩模层5002代替图16的掩模层1602沉积在第一中间层112f上。第一掩模层5002取决于随后如何图案化第一掩模层5002而变化。在一些实施例中，第一掩模层5002是光刻胶或一些其它合适的光敏材料。例如，当随后通过光刻图案化第一掩模层5002时，可以出现这样的实施例。在其它实施例中，第一掩模层5002是或包括可流动和/或易弯曲的材料。例如，当随后通过冲压图案化第一掩模层5002时，可以出现这样的实施例。附加光电探测器包括第三光电探测器106c和第四光电探测器106d。
还如图50的截面图5000所示，图案化第一掩模层5002以在第一掩模层5002中形成第一开口5004的图案。第一开口5004以周期Pe周期性地在光电探测器106上重复。此外，第一开口3406的周期Pe和/或单独的体积在光电探测器106上改变。这样，位于第一光电探测器106a上面的第一开口5004的第一子集和位于第三光电探测器106c上面的第一开口5004的第二子集均具有第一总体积。此外，位于第二光电探测器106b上面的第一开口5004的第三子集和位于第四光电探测器106d上面的第一开口5004的第四子集均具有与第一总体积不同的第二总体积。
在一些实施例中，第一掩模层5002的图案化通过光刻执行。在图34处示出了通过光刻进行图案化的示例。在可选实施例中，通过冲压来执行第一掩模层5002的图案化。在图41至图43处示出了通过冲压进行图案化的示例。尽管有上述图案化工艺，但是其它图案化工艺也是可以的。
如图51的截面图5100所示，在第一掩模层5002位于适当的位置的情况下，对第一中间层112f执行蚀刻，以将第一掩模层5002的图案转印至第一中间层112f。此外，去除第一掩模层5002，并且随后在第二开口(未示出)中形成第二中间层112s，第二开口由第一中间层112f的蚀刻产生。第一和第二中间层112f、112s共同限定中间层结构112。蚀刻和去除如关于图35处所述。第二中间层112s及其形成如关于图36处所述。
还如图51的截面图5100所示，第二掩模层5102形成在第一和第二中间层112f、112s上。与第一掩模层5002一样，第二掩模层5102取决于随后如何对第二掩模层5102进行图案化而变化。在一些实施例中，第二掩模层5102是光刻胶或一些其它合适的光敏材料。例如，当随后使用灰度掩模图案化第一掩模层5002时，可以出现这样的实施例。在其它实施例中，第二掩模层5102是或包括可流动和/或易弯曲的材料。例如，当随后通过冲压图案化第二掩模层5102时，可以出现这样的实施例。
如图52的截面图5200所示，图案化第二掩模层5102以改变第二掩模层5102在光电探测器106上的厚度Tmsk。例如，改变厚度Tmsk，以便其厚度在第三和第四光电探测器106c、106d上比在第一和第二光电探测器106a、106b上更大。在一些实施例中，通过使用灰度掩模的光刻来执行第二掩模层5102的图案化。在图17A至图17C中示出了通过使用灰度掩模的光刻进行图案化的示例。在可选实施例中，第二掩模层5102的图案化通过冲压来执行。在图22至图27中示出了通过冲压进行图案化的示例。尽管有上述图案化工艺，但是其它图案化工艺也是可以的。
如图53的截面图5300所示，在第二掩模层5102位于适当的位置的情况下，对中间层结构112执行蚀刻，以将第二掩模层5102的图案转印至中间层结构112。结果，中间层结构112的厚度Ti在光电探测器106上变化。此外，在蚀刻之后残留任何第二掩模层5102时，从中层间结构112去除第二掩模层5102的剩余部分。例如，可以如关于图18处所述的那样执行蚀刻和去除。
如图54的截面图5400所示，在中间层结构112上形成上部多层膜116。上部多层膜116及其形成如图18处所述。下部和上部多层膜114、116和中间层结构112共同限定窄带滤色器102。
在图像传感器的使用期间，增大中间层结构112的厚度Ti将高传输带偏移到更高的波长，而减小厚度Ti将高传输带偏移到更低的波长。增大第二中间层112s与第一中间层112f的比率将偏移中间层结构112的有效折射率，并且因此偏移高传输带。在第一中间层112f具有更高折射率的实施例中，增大该比率会降低有效折射率并且将高传输带偏移至更低的波长。在第二中间层112s具有更高的折射率的实施例中，增大该比率会增大有效折射率并且将高传输带偏移到更高的波长。因此，随着厚度Ti和高折射率的乘积增大，高传输带偏移至更高的波长，并且随着乘积减小，有效折射率增大并且偏移至更低的波长。
因为第二中间层112s的填充因子在光电探测器106上变化，所以中间层结构112的有效折射率在光电探测器106上变化。因为有效折射率和厚度Ti都在光电探测器106上变化，所以有效折射率和厚度Ti都有助于光电探测器106上的高传输带的偏移。在一些实施例中，高传输带在每个光电探测器106处偏移不同的量。
虽然参考方法描述了图50至图54，将理解的是，图50至图54中所示的结构不限于该方法，而是可以单独地独立于该方法。虽然将图50至图54描述为一系列动作，应当理解，在其它实施例中，动作的顺序可以改变。虽然将图50至图54示出和描述为一组特定的动作，但是在其它实施例中可以省略示出和/或描述的一些动作。此外，未示出和/或描述的动作可以包括在其它实施例中。
参考图55，提供了图50至图54的方法的一些实施例的框图5500。
在5502处，在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器。此外，在衬底的前侧上形成半导体器件和互连结构。参见例如图50。
在5504处，形成后侧沟槽隔离结构，该后侧沟槽隔离结构延伸到衬底的后侧中并且将第一光电探测器和第二光电探测器分隔开。参见例如图50。
在5506处，在衬底的后侧上形成第一多层膜，其中第一多层膜从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图50。
在5508处，在第一多层膜上堆叠形成蚀刻停止层、第一中间层和掩模层。参见例如图50。
在5510处，通过冲压或光刻来图案化掩模层。参见例如图50。
在5512处，在掩模层位于适当的位置的情况下，对第一中间层执行蚀刻，并且蚀刻在蚀刻停止层上停止，其中蚀刻在第一光电探测器上面形成第一组开口，并且在第二光电探测器上面还形成第二组开口，并且其中第二组开口的总体积与第一组开口的总体积不同，并且第二组开口的深度与第一组开口的深度不同。参见例如图51。
在5514处，去除掩模层的任何剩余部分。参见例如图51。
在5516处，用第二中间层填充第一和第二开口，该第二中间层的折射率与第一中间层的折射率不同。参见例如图51。
在5518处，使第一光电探测器上面的第一和第二中间层的顶面部分相对于第二光电探测器上面的第一和第二中间层的顶面部分凹进。参见例如图51至图53。
在5520处，第二多层膜形成在第一和第二中间层上，并且从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图54。
虽然本文中将图55的框图5500示出和描述为一系列动作或事件，但是应当理解，这样的动作或事件的示出顺序不应以限制性的意义来解释。例如，一些动作可以以不同的顺序发生和/或与除了本文示出和/或描述的那些动作或事件之外的其它动作或事件同时发生。此外，可能不需要全部示出的动作来实现本文的描述的一个或多个方面或实施例，并且本文描述的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。
参考图56至图62，示出了形成包括窄带滤色器的图像传感器的方法的一些实施例的一系列截面图5600-6200，其中，中间层之间的比率变化，中间层具有可变厚度，并且窄带滤色器具有均匀的厚度。关于图7B示出并描述了这种窄带滤色器的示例。
如图56的截面图5600所示，图案化模具衬底2202以在第一模具区域2202a上形成具有第一深度D1的多个第一模具开口5602a。第一模具开口5602a以周期Pe周期性地在第一模具区域2202a上重复。此外，第一模具开口5602a的周期Pe和/或单独的体积在第一模具区域2202a上变化。形成第一模具开口5602a的图案化例如可以通过光刻/蚀刻工艺或一些其它合适的图案化工艺来执行。
如图57的截面图5700所示，图案化模具衬底2202以在第二模具区域2202b上形成多个第二模具开口5602b，第二模具开口2202b的第二深度D2小于第一深度D1。在可选实施例中，第二深度D2大于第一深度D1。第二模具开口5602b以周期Pe周期性地在第二模具区域2202b上重复。此外，第二模具开口5602b的周期Pe和/或单独的体积在第二模具区域2202b上变化。此后将第一模具开口5602a和第二模具开口5602b统称为模具开口5602。形成第二模具开口5602b的图案化例如可以通过光刻/蚀刻工艺或一些其它合适的图案化工艺来执行。
如图58的截面图5800所示，利用模具衬底2202的图案形成印模2302。印模2302包括载体衬底2302s和位于载体衬底2302s下面的多个突起2302p。突起2302p和/或载体衬底2302s可以例如如图23处所述，和/或印模2302可以例如如图23处所述地形成。
如图59的截面图5900所示，从模具衬底2202去除印模2302。
如图60的截面图6000所示，在衬底104的后侧上形成第一隔离层908a、第二隔离层908b、隔离衬垫910和金属栅格912。此外，在第二隔离层908b上方沉积一个或多个第一折射率层108、一个或多个第二折射率层110以及第一中间层112f。第一和第二折射率层108、110具有不同的折射率，并且以周期性图案堆叠以限定下部多层膜114。
图60的结构及其形成如图11至图16处所述，除了形成蚀刻停止层3302、掩模层2502和附加光电探测器106c、106d之外。在第一和第二折射率层108、110的沉积与第一中间层112f的沉积之间沉积蚀刻停止层3302。在可选实施例中，省略蚀刻停止层3302。掩模层2502代替图16的掩模层1602沉积在第一中间层112f上，并且是或包括可流动和/或易弯曲的材料。附加光电探测器包括第三光电探测器106c和第四光电探测器106d。
还如图60的截面图6000所示，对掩模层2502进行冲压以将图案从印模2302转印至掩模层2502。另外，在一些实施例中，一旦图案已经转印，对掩模层2502进行固化和/或在硬化。
如图61的截面图6100所示，从掩模层2502去除印模2302。
如图62的截面图6200所示，在掩模层2502位于适当的位置的情况下，对第一中间层112f执行蚀刻，以将图案从掩模层2502转印至第一中间层112f。此外，从第一中间层112f去除掩模层2502。蚀刻可以例如如关于图35所述。
还如图62的截面图6200所示，第二中间层112s形成为由第一中间层112f围绕。第一中间层112f和第二中间层112s限定中间层结构112。此外，在第一中间层112f和第二中间层112s上形成上部多层膜116。下部多层膜114和上部多层膜116以及中间层结构112限定窄带滤色器102。第二中间层112s的形成和上部多层膜116的形成例如可以如图36处所述。
在使用图像传感器期间，增大第二中间层112s与第一中间层112f的比率将偏移中间层结构112的有效折射率，并且因此偏移高传输带。在第一中间层112f具有更高的折射率的实施例中，增大该比率会减小有效折射率并且将高传输带偏移至更低。在第二中间层112s具有更高的折射率的实施例中，增大该比率会增大有效折射率并且将高传输带偏移至更高。因为比率在光电探测器106上变化，所以高传输带的位置在光电探测器106上变化。
虽然参考方法描述了图56至图62，应该理解的是，图56至图62所示的结构不限于该方法，而是可以单独地独立于该方法。虽然将图56至图62描述为一系列动作，应当理解，在其它实施例中，动作的顺序可以改变。虽然将图56至图62示出和描述为一组特定的动作，在其它实施例中可以省略示出和/或描述的一些动作。此外，未示出和/或描述的动作可以包括在其它实施例中。
参考图63，提供了图56至图62的方法的一些实施例的框图6300。
在6302处，在模具衬底的表面中形成图案，其中该表面在第一模具区域处具有第一组开口，并且在第二模具区域处还具有第二组开口，并且其中第二组开口的总体积与第一组开口的总体积不同，第二组开口的深度与第一组开口的深度不同。参见例如图56和图57。
在6304处，将图案从模具衬底转印至印模。参见例如图58和图59。
在6306处，在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器。此外，在衬底的前侧上形成半导体器件和互连结构。参见例如图60。
在6308处，形成后侧沟槽隔离结构，该后侧沟槽隔离结构延伸到衬底的后侧中并且将第一光电探测器和第二光电探测器分隔开。参见例如图60。
在6310处，在衬底的后侧上形成金属栅格。参见例如图60。
在6312处，在衬底的后侧上形成第一多层膜，其中第一多层膜从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图60。
在6314处，在第一多层膜上堆叠形成蚀刻停止层、第一中间层和掩模层。参见例如图60。
在6316处，将印模压入掩模层中以将图案从印模转印至掩模层。参见例如图60和图61。
在6318处，在掩模层位于适当的位置的情况下，对第一中间层执行蚀刻，并且蚀刻在蚀刻停止层上停止，该蚀刻在第一光电探测器上面形成第一组开口，并且在第二光电探测器上面还形成第二组开口，并且其中第二组开口的总体积与第一组开口的总体积不同，第二组开口的深度与第一组开口的深度不同。参见例如图62。
在6320处，去除掩模层的任何剩余部分。参见例如图62。
在6322处，用第二中间层填充第一和第二开口，该第二中间层的折射率与第一中间层的折射率不同。参见例如图62。
在6324处，第二多层膜形成在第一和第二中间层上并且从顶部到底部在第一折射率和第二折射率之间交替。参见例如图63。
虽然本文中将图63的框图6300示出和描述为一系列动作或事件，但是将理解的是，这样的动作或事件的示出顺序不应以限制性的意义来解释。例如，一些动作可以以不同的顺序发生和/或与除了本文示出和/或描述的那些动作或事件之外的其它动作或事件同时发生。此外，可能不需要全部示出的动作来实现本文的描述的一个或多个方面或实施例，并且本文描述的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。
到目前为止，上述方法(即，从图11至图63的方法)已经将图像传感器示出为在后侧照明。在可选实施例中，图像传感器可以是前侧照明的。在这样的可选实施例中，窄带滤色器102形成在互连结构906上。为了示出，提供了图64至图66。图64至图66示出了图50至图54的方法的一些可选实施例的一系列截面图6400-6600，其中图像传感器是前侧照明的。关于图10示出并描述了这种图像传感器的示例。
如图64的截面图6400所示，光电探测器106形成在衬底104中，由延伸到衬底104的前侧的沟槽隔离结构1002分隔开。此外，在衬底104的前侧上形成半导体器件904。
如图65的截面图6500所示，互连结构906形成在衬底104的前侧上。
如图66的截面图6600所示，如关于图50至图54所示和所述，窄带滤色器102形成在互连结构906上。在可选实施例中，关于如下示出和描述的那样形成窄带滤色器102：1)图15、图16、图17A和图18；2)图19A和图20；3)图22至图28；4)图29至图31；5)图33至图36；6)图37至图39；7)图41至图45；8)图46至图48；或9)图56至图62。
虽然图参考方法描述了图64至图66，应当理解，图64至图66中所示的结构不限于该方法，而是可以单独地独立于该方法。虽然将图64至图66描述为一系列动作，应当理解，在其它实施例中，动作的顺序可以改变。虽然将图64至图66示出和描述为一组特定的动作，但是在其它实施例中可以省略示出和/或描述的一些动作。此外，未示出和/或描述的动作可以包括在其它实施例中。
在一些实施例中，本发明提供一种图像传感器，包括：衬底；第一光电探测器和第二光电探测器，相邻地位于衬底中；滤色器，位于第一光电探测器和第二光电探测器上面，其中该滤色器包括：第一DBR；第二DBR；和中间层，位于第一DBR和第二DBR之间，其中该中间层的厚度在第一光电探测器上面具有第一厚度值并且在第二光电探测器上面具有第二厚度值。在一些实施例中，中间层的厚度在第一光电探测器和第二光电探测器上离散地变化。在一些实施例中，中间层的厚度在第一光电探测器和第二光电探测器上连续地变化。在一些实施例中，中间层具有单个折射率。在一些实施例中，滤色器还包括多个柱状结构，该柱状结构延伸穿过中间层并且位于第一光电探测器和第二光电探测器上面，其中，柱状结构的折射率不同于中间层的折射率。在一些实施例中，多个柱状结构包括分别位于第一光电探测器和第二光电探测器上面的柱状结构的第一子集和柱状结构的第二子集，并且其中第一子集的总体积不同于第二子集的总体积。在一些实施例中，多个柱状结构包括分别位于第一光电探测器和第二光电探测器上面的柱状结构的第一子集和柱状结构的第二子集，其中第一子集中的柱状结构具有与第二子集中的柱状结构不同的顶部布局。在一些实施例中，柱状结构的顶面与中间层的顶面齐平，其中柱状结构的底面与中间层的底面齐平。
在一些实施例中，本发明提供了一种用于形成图像传感器的方法，该方法包括：在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器；在衬底上沉积第一多层膜，其中第一多层膜包括第一堆叠层，该第一堆叠层在第一折射率和不同于第一折射率的第二折射率之间交替；在第一多层膜上方沉积中间层；在中间层上方沉积掩模层；冲压掩模层以将图案从印模转印至掩模层；在掩模层位于适当的位置的情况下，对中间层执行蚀刻，以将图案从掩模层转印至中间层；以及在中间层上沉积第二多层膜，其中第二多层膜包括在第一折射率和第二折射率之间交替的第二堆叠层。在一些实施例中，在冲压之后，位于第一光电探测器上面的掩模层的第一顶面部分具有位于中间层之上的第一高度，其中，在冲压之后，位于第二光电探测器上面的掩模层的第二顶面部分具有位于中间层之上的第二高度，并且其中第一高度和第二高度不同。在一些实施例中，第一顶面部分和第二顶面部分具有平坦轮廓，其中第一顶面部分覆盖第一光电探测器的至少大部分，并且其中第二顶面部分覆盖第二光电探测器的至少大部分。在一些实施例中，掩模层具有在冲压之后位于第一光电探测器上面的第一组开口，并且还具有在冲压之后位于第二光电探测器上面的第二组开口，并且其中第一组开口的总体积与第二组开口的总体积不同。在一些实施例中，第一组开口具有第一深度，第二组开口具有不同于第一深度的第二深度。在一些实施例中，掩模层具有在冲压之后位于第一光电探测器上面的第一组开口，并且还具有在冲压之后位于第二光电探测器上面的第二组开口，其中第一组开口的深度不同于第二组开口的深度。
在一些实施例中，本发明提供了另一种用于形成图像传感器的方法，该方法包括：在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器；在衬底上沉积第一DBR；在第一DBR上沉积第一中间层和光敏层；将光敏层暴露于辐射，其中辐射的强度在第一光电探测器和第二光电探测器上面分别具有不同的强度值；显影光敏层，其中在显影之后，光敏层的厚度在第一光电探测器和第二光电探测器上面分别具有不同的值；在光敏层位于适当的位置的情况下，对第一中间层执行第一蚀刻，以将光敏层的厚度变化转印至第一中间层；以及在第一中间层上沉积第二DBR。在一些实施例中，辐射的强度和光敏层的厚度在第一光电探测器和第二光电探测器上连续地变化。在一些实施例中，辐射的强度和光敏层的厚度在第一光电探测器和第二光电探测器上离散地变化。在一些实施例中，在第一蚀刻之后，位于第一光电探测器上面的第一中间层的第一顶面部分具有位于第一DBR之上的第一高度，其中，在第一蚀刻之后，位于第二光电探测器上面的第一中间层的第二顶面部分具有位于第一DBR之上的第二高度，其中第一高度和第二高度不同，并且其中第一顶面部分和第二顶面部分具有平坦轮廓，并且每个均覆盖第一光电探测器和第二光电探测器中的相应一个的至少大部分。在一些实施例中，该方法还包括：在第一中间层上方沉积掩模层；图案化掩模层以在第一光电探测器上面形成第一组开口，并且在第二光电探测器上面还形成第二组开口；在掩模层位于适当的位置的情况下，对第一中间层执行第二蚀刻，以将第一组开口和第二组开口转印至第一中间层；以及用第二中间层填充第一组开口和第二组开口，第二中间层具有与第一中间层不同的折射率。在一些实施例中，图案化包括冲压掩模层以同时形成第一组开口和第二组开口。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域人员可以更好地理解本发明的方面。本领域人员应该理解，它们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其它工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同配置并且不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中它们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种图像传感器，包括：
衬底；
第一光电探测器和第二光电探测器，相邻地位于所述衬底中；以及
滤色器，位于所述第一光电探测器和所述第二光电探测器上面，其中，所述滤色器包括：
第一分布式布拉格反射器(DBR)；
第二分布式布拉格反射器；和
中间层，位于所述第一分布式布拉格反射器和所述第二分布式布拉格反射器之间，其中，所述中间层的厚度在所述第一光电探测器上面具有第一厚度值并且在所述第二光电探测器上面具有第二厚度值。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述中间层的厚度在所述第一光电探测器和所述第二光电探测器上离散地变化。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述中间层的厚度在所述第一光电探测器和所述第二光电探测器上连续地变化。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述中间层具有单个折射率。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述滤色器还包括：
多个柱状结构，所述多个柱状结构延伸穿过所述中间层并且位于所述第一光电探测器和所述第二光电探测器上面，其中，所述柱状结构的折射率不同于所述中间层的折射率。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述多个柱状结构包括分别位于所述第一光电探测器和所述第二光电探测器上面的柱状结构的第一子集和柱状结构的第二子集，并且其中，所述第一子集的总体积不同于所述第二子集的总体积。
7.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述多个柱状结构包括分别位于所述第一光电探测器和所述第二光电探测器上面的柱状结构的第一子集和柱状结构的第二子集，并且其中，所述第一子集中的柱状结构具有与所述第二子集中的柱状结构不同的顶部布局。
8.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述柱状结构的顶面与所述中间层的顶面齐平，并且其中，所述柱状结构的底面与所述中间层的底面齐平。
9.一种用于形成图像传感器的方法，所述方法包括：
在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器；
在所述衬底上沉积第一多层膜，其中，所述第一多层膜包括第一堆叠层，所述第一堆叠层在第一折射率和不同于所述第一折射率的第二折射率之间交替；
在所述第一多层膜上方沉积中间层；
在所述中间层上方沉积掩模层；
冲压所述掩模层以将图案从印模转印至所述掩模层；
在所述掩模层位于适当的位置的情况下，对所述中间层执行蚀刻，以将所述图案从所述掩模层转印至所述中间层；以及
在所述中间层上沉积第二多层膜，其中，所述第二多层膜包括在所述第一折射率和所述第二折射率之间交替的第二堆叠层。
10.一种用于形成图像传感器的方法，所述方法包括：
在衬底中相邻地形成第一光电探测器和第二光电探测器；
在所述衬底上沉积第一分布式布拉格反射器(DBR)；
在所述第一布拉格反射器上沉积第一中间层和光敏层；
将所述光敏层暴露于辐射，其中，所述辐射的强度在所述第一光电探测器和所述第二光电探测器上面分别具有不同的强度值；
显影所述光敏层，其中，在所述显影之后，所述光敏层的厚度在所述第一光电探测器和所述第二光电探测器上面分别具有不同的值；
在所述光敏层位于适当的位置的情况下，对所述第一中间层执行第一蚀刻，以将所述光敏层的厚度变化转印至所述第一中间层；以及
在所述第一中间层上沉积第二分布式布拉格反射器。
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