CN112436022B - 图像传感器 - Google Patents
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Abstract
图像传感器被设计为包括多个第一栅格结构，其沿成像像素的像素阵列的行方向和列方向布置，并被构造为将成像像素彼此分开，每个第一栅格结构包括空气以在两个相邻成像像素之间提供光学隔离；以及多个第二栅格结构，其分别设置在第一栅格结构所布置于的行方向和列方向之间的每个交叉处。
Description
技术领域
所公开的技术的各种实施方式总体涉及包括彼此相邻设置的滤色器的图像传感器。
背景技术
图像传感器是指用于捕获光学图像以将该光学图像转换成电信号的半导体器件。汽车、医疗、计算机和通信行业的发展导致在诸如智能电话、数码相机、游戏机、IOT(物联网)、机器人、安全摄像头和医疗微型相机之类的各种装置中对增强图像传感器的需求增加。
图像传感器的最常见类型是电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。在噪声特性和图像质量方面，CCD图像传感器比CMOS图像传感器具有优势。然而，CMOS图像传感器由于相对于CCD对照物的一些优点(包括例如，更高的帧率和快门速度)而现在被广泛使用。此外，CMOS图像传感器和信号处理电路可以集成到单个芯片中，从而可以在实现低功耗的同时使电子装置小型化。另外，CMOS工艺技术使得能够实现低成本的制造过程。CMOS图像传感器的这些特性使这些传感器更适合于移动装置中的实现。
发明内容
除了其它特征和益处之外，所公开的技术的实施方式涉及即使图像传感器和空气栅格结构中的气压增加时也能够保持空气栅格结构的稳定性的图像传感器。
在实施方式中，图像传感器可以包括：多个第一栅格结构，其沿成像像素的像素阵列的行方向和列方向布置，并被构造为将成像像素彼此分开，每个第一栅格结构包括空气以在两个相邻成像像素之间提供光学隔离；以及多个第二栅格结构，其分别设置在第一栅格结构所布置于的行方向和列方向之间的每个交叉处。
在实施方式中，图像传感器可以包括基板；像素阵列，其形成在基板上并且包括单位像素在行和列中的阵列，每个单位像素能操作以将光转换成像素信号；第一栅格结构，其形成在基板上方并且位于像素阵列的相邻单位像素之间，并且沿着单位像素的行和列延伸，以将相邻的单位像素彼此分开，第一栅格结构包括空气层，以在两个相邻的单位像素之间提供光学隔离；以及第二栅格结构，其形成在基板上方并且设置在沿像素阵列的行方向或列方向彼此相邻的第一栅格结构之间。
附图说明
图1是例示基于所公开的技术的实施方式的图像传感器的框图。
图2是例示图1所示的像素阵列的一部分的图。
图3是基于所公开的技术的一些实施方式的图2所示的第一栅格结构和第二栅格结构的立体图。
图4A是例示基于所公开的技术的一些实施方式的第一栅格结构和第二栅格结构的截面的图。
图4B是例示基于所公开的技术的一些实施方式的第一栅格结构和第二栅格结构的另一截面的图。
图5A是例示基于所公开的技术的一些实施方式的第一栅格结构和第二栅格结构的另一截面的图。
图5B是例示基于所公开的技术的一些实施方式的第一栅格结构和第二栅格结构的另一截面的图。
图6A至图6I是用于描述基于所公开的技术的实施方式的形成栅格结构的过程的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本公开的各种实施方式。
图1是例示基于所公开的技术的实施方式的图像传感器的框图。
在一些实现中，图像传感器100可以包括像素阵列110、行解码器120、相关双采样器(CDS)130、模数转换器(ADC)140、输出缓冲器150、列解码器160和定时控制器170。
像素阵列110可以包括以二维方式布置的多个单位像素UP。每个单位像素可以将光学图像转换成电信号。在一些实现中，可以以两个或更多个单位共享至少一个元件的共享像素为基础执行此转换操作。像素阵列110可以从行解码器120接收包括行选择信号、像素复位信号、传输信号的操作信号。可以基于操作信号来操作像素阵列110。
行解码器120可以用于基于由定时控制器170生成的控制信号来选择像素阵列110的期望行。行解码器120可以生成用于选择多个行中的一个或更多个行的行选择信号。在一些实现中，行解码器120还可以顺序地使能用于复位像素的像素复位信号和用于传输由与所选择的一个或更多个行相对应的像素生成的电信号的传输信号。基于这样的传输信号，从所选择的一个或更多个行的各个像素生成的模拟参考信号和模拟图像信号可以被顺序地传送到CDS 130。就此而言，参考信号和图像信号可以统称为作为像素信号。
CMOS图像传感器可以使用相关双采样(CDS)以通过对像素信号采样两次来去除这两个样本之间的差异而去除像素的不期望的偏移值。在一个示例中，相关双采样(CDS)可以通过比较在将光信号入射到像素上之前和之后获得的像素输出电压来去除像素的不期望的偏移值，使得可以测量到仅基于入射光的像素输出电压。
在所公开的技术的一些实施方式中，CDS 130可以顺序地采样并保持从像素阵列110分别施加到多条列线的参考信号和图像信号。也就是说，CDS 130可以采样并保持由与像素阵列110的各列相对应的像素生成的图像信号和参考信号的电压电平。
CDS 130可以在定时控制器170的控制下将相应列的图像信号和参考信号作为相关双采样信号传送给ADC 140。
ADC块用于将模拟CDS信号转换为数字信号。ADC 140的示例可以包括斜坡比较型ADC，其中将模拟像素信号与诸如斜升或斜降的斜坡信号之类的参考信号进行比较，并且定时器计数直到斜坡信号的电压与模拟像素信号匹配。在所公开的技术的一些实施方式中，ADC 140可以以列为基础将从CDS 130输出的相关双采样信号转换成数字信号。在一些实现中，ADC 400使用参考信号对输入信号(例如，像素信号)采样多次，并且通过对时钟脉冲的数量进行计数直到交叉点，对采样的输入信号进行模数转换。ADC 140可以基于各个列的相关双采样信号和从定时控制器170提供的斜坡信号来执行这种计数操作，从而在最小化与各个列相对应的噪声(诸如各个像素的固有复位噪声)的同时生成数字图像数据，。
ADC 140可以包括与像素阵列110的各个列相对应的多个列计数器，并且通过使用列计数器将与各个列相对应的相关双采样信号转换为数字信号来生成数字图像数据。在另一实施方式中，ADC 140可以包括一个全局计数器，并且使用从全局计数器提供的全局码将与各个列相对应的相关双采样信号转换为数字信号。
输出缓冲器150可以捕获从ADC 140提供的基于列的图像数据，并且输出捕获的图像数据。输出缓冲器150可以在定时控制器170的控制下临时存储从ADC 140输出的图像数据。输出缓冲器150可以作为补偿与联接到图像传感器100的另一装置的数据速率差的接口而操作。
列解码器160可以用于在定时控制器170的控制下选择输出缓冲器150的列，使得输出缓冲器150的所选择的列中临时存储的图像数据顺序输出。在一些实现中，列解码器160可以基于来自定时控制器170的地址信号，生成用于选择输出缓冲器150的列的列选择信号，以将输出缓冲器150的所选择的列的图像数据作为输出信号SO输出。
定时控制器170可以控制行解码器120、ADC 140、输出缓冲器150和列解码器160。
定时控制器170可以生成图像传感器100的各个组件的操作所需的时钟信号、用于定时控制的控制信号、以及用于选择行或列的地址信号，并向行解码器120、列解码器160、ADC 140和输出缓冲器150提供所生成的信号。在实施方式中，定时控制器170可以包括逻辑控制电路、锁相环(PLL)、定时控制电路、通信接口电路。
图2例示了图1所示的像素阵列的子像素阵列。
在一些实现中，像素阵列110的子像素阵列200可以包括以4×4矩阵布置的16个单位像素P1至P16。虽然图2例示了子像素阵列仅具有16个单位像素P1至P16，但是每个子像素阵列可以被实现为具有超过16个单位像素，并且像素阵列110可以包括以M行和N列的矩阵布置的单位像素，其中M和N是随机正整数。
单位像素P1至P16中的每个可以包括第一栅格结构210和第二栅格结构220，以将单位像素与相邻单位像素电隔离和/或光学隔离。
第一栅格结构210可以设置在沿像素阵列100的行方向或列方向彼此相邻的像素之间。例如，第一栅格结构210沿着相邻行的像素之间的边界或相邻列的像素之间的边界布置。像素阵列110可以包括在像素阵列110的行方向或列方向上布置的多个第一栅格结构210。第一栅格结构210可以具有沿着每个单位像素的侧部延伸的形状。第一栅格结构210可以被定义为包括在每个像素中并且布置在每个像素的顶侧和底侧和/或左侧和右侧的组件。第一栅格结构210也可以被定义为用于将像素阵列分隔成单独的单位像素的组件。在所公开的技术的一些实施方式中，第一栅格结构210可以包括空气栅格结构，空气栅格结构在其中包括诸如空气之类的低折射率材料。
像素阵列110可以包括多个第二栅格结构220。在所公开的技术的一些实施方式中，每个第二栅格结构220可以布置在2×2矩阵的单位像素的中心。例如，如图2所示，每个第二栅格结构220被四个相邻像素(例如，P6、P7、P10和P11)围绕。换句话说，每个第二栅格结构220可以设置在沿像素阵列110的行方向和列方向延伸的第一栅格结构210之间的每个交叉处。在一个示例中，第二栅格结构220可以设置于在行方向上彼此相邻的第一栅格结构之间(例如，在设置于P6底部的第一栅格结构和设置于P7底部的第一栅格结构之间)的区域或在列方向上彼此相邻的第一栅格结构之间(例如，在设置于P6右侧的第一栅格结构与设置于P10右侧的第一栅格结构之间)的区域中。在一个示例中，第二栅格结构220可以设置于四个第一栅格结构(例如，设置于P6的右侧和底侧以及设置于P11的左侧和顶侧的四个第一栅格结构)当中的区域处，使得第二栅格结构220连接四个第一栅格结构210。换句话说，第二栅格结构220可以设置在沿行方向布置的第一栅格结构210(例如，设置于P6的底侧的第一栅格结构和设置于P7的底侧的第一栅格结构)所沿着的假设线与沿列方向布置的第一栅格结构210(例如，设置于P6的右侧的第一栅格结构以及设置于P10的右侧的第一栅格结构)所沿着的假设线之间的交叉处。
图3是基于所公开的技术的一些实施方式的图2所示的第一栅格结构和第二栅格结构的立体图。
通过示例的方式，图3例示了第一栅格结构210和第二栅格结构220具有彼此相同的宽度和高度。在另一实施方式中，第一栅格结构210的宽度和高度可以不同于第二栅格结构220的宽度和高度。在彼此相邻的第一栅格结构210(例如，设置在每个单位像素的相对侧上的第一栅格结构210)之间，可以设置相应的单位像素的滤色器(例如，红色、绿色、蓝色、黄色)。
在一些实现中，微透镜可以设置在滤色器上方以将入射光会聚到对应像素的光电检测器(例如，光电二极管)中。在一些实现中，基板可以设置在滤色器下方，且在基板中设置有多个光电二极管以将入射光转换成电信号。
在大多数情况下，已经穿过微透镜和滤色器的入射光朝着对应的光电二极管传播。然而，在一些情况下，已经穿过特定像素的滤光器的入射光可能通过相邻的滤色器传播到另一像素，这会导致相邻像素之间的光学串扰，从而在像素信号中产生不期望的噪声。在所公开的技术的一些实施方式中，第一栅格结构210和第二栅格结构220可以用于通过吸收或反射入射光到对应像素中来防止相邻像素之间的这种光学串扰。
图4A至图5B例示了沿着图3所示的线CS1、CS2和CS3截取的第一栅格结构210和第二栅格结构220的截面结构。图6A至图6I基于沿着线CS3截取的截面图例示了用于形成第一栅格结构210和第二栅格结构220的过程。
图4A是例示基于所公开的技术的一些实施方式的第一栅格结构和第二栅格结构的截面的图。
在一些实现中，第一栅格结构210a可以彼此间隔开像素的宽度(例如，P10和P11)。如上所述，各个像素(例如，P10和P11)的滤色器可以设置在布置在第一栅格结构210a之间的光电二极管上方。在实现中，滤色器的顶表面处于高于第一栅格结构210a的高度。在另一实现中，将滤色器的顶表面处于低于第一栅格结构210a的高度。在又一实现中，滤色器的顶表面处于与第一栅格结构210a相同的高度。
在所公开的技术的一些实施方式中，第一栅格结构210a可以包括金属层230、空气层240(或另一低折射率材料层)、第一覆盖膜250和第二覆盖膜260。注意，第一栅格结构210a中所包括的组件的相对宽度、高度和厚度不限于图4A所示的相对宽度、高度和厚度。
金属层230可以设置在基板上。金属层230可以由具有高光吸收率的金属材料(例如，钨)制成。在实施方式中，可以层叠不同的材料以形成金属层230。
空气层240可以设置在金属层230上，并且具有由第一覆盖膜250限定的形状。空气层240可以是填充有具有相对低折射率(例如，1)的空气的区域。
第一覆盖膜250可以形成为覆盖空气层240和金属层230。也就是说，第一覆盖膜250与空气层240和金属层230的侧表面以及空气层240的顶表面接触。因此，空气层240和金属层230可以通过第一覆盖膜250与外部物理隔离。例如，第一覆盖膜250可以是诸如氧化硅(SiO2)之类的ULTO(超低温氧化物)膜。
第二覆盖膜260可以形成为覆盖第一覆盖膜250。也就是说，第二覆盖膜260的一个侧表面与第一覆盖膜250接触。因此，第一覆盖膜250可以通过第二覆盖膜260与外部物理隔离。例如，第二覆盖膜260可以是包括硅氮氧化物(SixOyNz)、硅氧化物(SixOy)和硅氮化物(SixNy)中的一种或更多种的介电膜，其中x、y和z是自然数。
第二覆盖膜260的厚度可以大于第一覆盖膜250的厚度。这是因为第一覆盖膜250形成为具有尽可能小的厚度，使得在下面将描述的等离子工艺期间内部材料能够有效地排放到外部，并且第二覆盖膜260形成为具有稳定地保持包括空气层240的第一栅格结构210a的形状所需的厚度。
在另一实施方式中，可以在与第一覆盖膜250的底部和空气层240的顶部相对应的区域处形成用于保持第一栅格结构210a的形状的支撑膜。这种支撑膜可以是不具有光吸收特性的介电膜。
在实施方式中，第一覆盖膜250和第二覆盖膜260可以由相同的材料形成，并且具有相同或相似的折射率。
在实施方式中，第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的折射率可以高于空气层240的折射率并且可以低于滤色器的折射率。
图4B是例示基于所公开的技术的一些实施方式的第一栅格结构和第二栅格结构的另一截面的图。
参照图4B，第一栅格结构210a和第二栅格结构220a可以沿着线CS2交替地设置。
第一栅格结构210a具有与图4A所示的结构相同的结构，但是图4B例示了沿着第一栅格结构210a的纵向方向截取的截面。也就是说，沿着线CS2截取的截面示出了第一栅格结构210a可以具有顺序层叠有金属层230、空气层240、第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的结构。
第二栅格结构220a可以具有顺序层叠有金属层230、第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的结构。也就是时候，第二栅格结构220a可以不包括空气层240。
第一栅格结构210a可以阻挡入射在滤色器(未示出)上的光向另一滤色器(未示出)行进，从而使光学串扰最小化。
在一些实现中，由于填充有诸如空气之类的低折射率材料的空气层240的折射率(例如，1)低于滤色器(未示出)的折射率(例如，1.6至1.7)以及第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的折射率(例如，1.4)，所以空气层240可以阻挡光朝向相邻像素穿过。
光在空气层240的边界处是否被反射可以取决于光的入射角，因此，具有一定入射角的一部分光可以不被反射而是替代地向内部折射。然而，即使在这种情况下，该部分光也可以被金属层230吸收，从而防止了光学串扰。
如图4B所示，第一栅格结构210a和第二栅格结构220a连续设置，并且第一覆盖膜250或第二覆盖膜260未沿着线CS2设置在第一栅格结构210a和第二栅格结构220a之间。
结果，在所公开的技术的一些实施方式中，彼此相邻的第一栅格结构210a的空气层240可以通过第二栅格结构220a的金属层230彼此物理隔离。
与图4B中所示的结构不同，假设在不形成第二栅格结构的情况下形成第一栅格结构210a，使得所有第一栅格结构连接并且因此第一栅格结构的所有空气层是连通的。
在这种情况下，由于第一覆盖膜250和第二覆盖膜260是薄膜层，所以由空气层的膨胀引起的内部压力可以集中在第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的薄弱部分。随着空气层240的内部空气的温度和体积增加，集中在第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的薄弱部分处的压力增加。在连通像素阵列110的整个空气层240的上述结构的情况下，由整个空气层240的膨胀引起的内部压力能够损坏第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的薄弱部分。
然而，基于所公开的技术的一些实施方式实现的栅格结构包括第二栅格结构220a，第二栅格结构220a设置在行方向上的第一栅格结构210a与列方向上的第一栅格结构210a之间的各个交叉处，并且物理地隔离第一栅格结构210a的空气层240。因此，不然将会集中在薄弱部分上的压力可以分布在整个栅格结构上，从而防止第一覆盖膜250和第二覆盖膜260塌陷。
图5A是例示基于所公开的技术的一些实施方式的第一栅格结构和第二栅格结构的另一截面的图。
在一些实现中，第一栅格结构210b可以彼此间隔开像素的宽度(例如，P10和P11)。如上所述，各个像素(例如，P10和P11)的滤色器可以设置于布置在第一栅格结构210b之间的光电二极管上方。在实现中，滤色器的顶表面处于高于第一栅格结构210b的高度。在另一实现中，滤色器的顶表面处于低于第一栅格结构210b的高度。在又一实现中，滤色器的顶表面处于与第一栅格结构210b相同的高度。
在所公开的技术的一些实施方式中，第一栅格结构210b可以包括空气层240(或另一低折射率材料层)、第一覆盖膜250和第二覆盖膜260。注意，第一栅格结构210b中包括的组件的相对宽度、高度和厚度不限于图5A中所示的相对宽度、高度和厚度。
与图4A所示的第一栅格结构210a不同，第一栅格结构210b具有省略了金属层230的结构。在一个示例中，空气层240、第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的结构和材料与参照图4A示出的结构和材料相似或相同。
在另一实施方式中，可以在与第一覆盖膜250的底部和空气层240的顶部相对应的区域处形成用于保持第一栅格结构210b的形状的支撑膜。这种支撑膜可以是不具有光吸收特性的介电膜。
图5B是例示基于所公开的技术的一些实施方式的第一栅格结构和第二栅格结构的另一截面的图。
参照图5B，第一栅格结构210b和第二栅格结构220b可以沿着线CS2交替地设置。
第一栅格结构210b具有与图5A所示结构相同的结构，但是图5B例示了沿着第一栅格结构210b的纵向方向截取的截面。也就是说，沿着线CS2截取的截面示出了第一栅格结构210b可以具有顺序层叠有空气层240、第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的结构。
第二栅格结构220b可以具有顺序层叠有金属层230、第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的结构。也就是说，第二栅格结构220a可以不包括空气层240。
第一栅格结构210b可以阻挡入射在滤色器(未示出)上的光向另一滤色器(未示出)行进，从而使光学串扰最小化。
在一些实现中，由于填充有空气的空气层240的折射率(例如，1)低于滤色器(未示出)的折射率(例如，1.6至1.7)以及第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的折射率(例如，1.4)，所以空气层240可以阻挡光朝向相邻像素穿过。
如图5B所示，第一栅格结构210b和第二栅格结构220b连续设置，并且第一覆盖膜250或第二覆盖260未沿着线CS2设置在第一栅格结构210b和第二栅格结构220b之间。
结果，在所公开的技术的一些实施方式中，彼此相邻的第一栅格结构210b的空气层240可以通过第二栅格结构220b的金属层230彼此物理隔离。
与图5B所示的结构不同，假设在不形成第二栅格结构的情况下形成第一栅格结构210b，使得所有第一栅格结构连接，并且因此第一栅格结构的所有空气层是连通的。
在这种情况下，由于第一覆盖膜250和第二覆盖膜260是薄膜层，所以由空气层的膨胀引起的内部压力可以集中在第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的薄弱部分。随着空气层240的内部空气的温度和体积增加，集中在第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的薄弱部分处的压力增加。在连通像素阵列110的整个空气层240的上述结构的情况下，由整个空气层240的膨胀引起的内部压力能够损坏第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的薄弱部分。
然而，基于所公开的技术的一些实施方式实现的栅格结构包括第二栅格结构220b，第二栅格结构220b设置在行方向上的第一栅格结构210b和列方向上的第一栅格结构210b之间的各个交叉处，并且物理地隔离第一栅格结构210b的空气层240。因此，不然将会集中在薄弱部分上的压力可以分布在整个栅格结构上，从而防止第一覆盖膜250和第二覆盖膜260塌陷。
图6A至图6I是用于描述基于所公开的技术的实施方式的形成栅格结构的过程的图。
具体地，图6A至图6I示出了形成图4A和图4B中示出的包括金属层230的第一栅格结构210a和第二栅格结构220a的过程。由于形成图5A和图5B所示的不具有金属层230的第一栅格结构210b和第二栅格结构220b的过程，除了用于第一栅格结构210a的金属层230的工艺之外，以与形成具有金属层230的第一栅格结构210a和第二栅格结构220a的过程基本相同的方式执行，因此将省略其详细描述。
图6A至图6I所示的截面对应于沿着图3的线CS3截取的截面。
在图6A的步骤S10中，可以通过沉积工艺在基板270上形成金属层230。金属层230的高度可以对应于第二栅格结构220a的金属层230的高度。例如，基板270可以是P型或N型体基板、通过在P型体基板中生长P型或N型外延层而形成的基板、或通过在N型体基板中生长P型或N型外延层而形成的基板。
在图6B的步骤S20中，可以在金属层230上设置限定第二栅格结构220a的第一掩模图案280，并且可以使用第一掩模图案280作为蚀刻掩模来蚀刻金属层230。因此，金属层230可以具有与第二栅格结构220a相对应的金属层230的高度大于与第一栅格结构210a相对应的金属层230的高度的结构。金属层230的蚀刻深度可以由与第一栅格结构210a相对应的金属层230的高度预先确定。第一掩模图案280和下面将描述的掩模图案可以包括光致抗蚀剂图案。
在图6C的步骤S30中，可以去除第一掩模图案280，并且可以在金属层230上设置限定第一栅格结构210a和第二栅格结构220a的第二掩模图案282。
在图6D的步骤S40中，可以使用第二掩模图案282作为蚀刻掩模来蚀刻金属层230。因此，可以去除设置在除了第一栅格结构210a和第二栅格结构220a之外的区域(例如，单位像素区域)中的金属层230。然后，可以去除第二掩模图案282。以这种方式，可以形成第一栅格结构210a和第二栅格结构220a中的每个中所包括的金属层230。
在图6E的步骤S50中，可以在基板270和金属层230上形成牺牲膜290。牺牲膜290可以包括包含碳的SOC(旋涂碳)膜。然而，牺牲膜290可以形成为具有与第二栅格结构220a的金属层230的高度相同的高度。对于该结构，可以执行附加工艺，使得牺牲膜290的高度与第二栅格结构220a的金属层230的高度相似或相同。
尽管在图6E中未示出，但是可以在基板270或金属层230与牺牲膜290之间形成缓冲层(未示出)。缓冲层可以包括诸如硅氮化物(SixNy)或硅氮氧化物(SixOyNz)的氮化物膜、以及位于氮化物膜上的诸如USG(未掺杂硅酸盐玻璃)之类的氧化物膜，其中x、y和z是自然数。在形成牺牲膜290之前，可以在氮(N2)气氛下对氮化物膜和氧化物膜执行退火工艺。在以下描述中，为了便于描述，省略了缓冲层(未示出)。
在图6F的步骤S60中，可以在金属层230和牺牲膜290上方设置限定第一栅格结构210a和第二栅格结构220a的第三掩模图案284。
在图6G的步骤S70中，可以使用第三掩模图案284作为蚀刻掩模来蚀刻牺牲膜290。因此，可以去除设置在除了第一栅格结构210a和第二栅格结构220a之外的区域(例如，单位像素区域)中的牺牲膜290。然后，可以去除第三掩模图案284。以这种方式，可以形成与第一栅格结构210a和第二栅格结构220a中的每个中所包括的空气层240的形状相对应的牺牲膜290。
然后，可以通过沉积工艺在基板270、牺牲膜290和金属层230上方形成第一覆盖膜250。第一覆盖膜250可以包括诸如ULTO之类的氧化物。第一覆盖膜250可以足够薄，以使得在后续等离子体工艺期间使用的气体与牺牲膜290的碳之间的键合产生的分子容易地逸出到外部。例如，第一覆盖膜250可以形成为具有或更小的厚度。
在图6H的步骤S80中，可以在形成第一覆盖膜250之后执行等离子体工艺以去除牺牲膜290，并且可以在去除了牺牲膜290的位置处形成空气层240。在一个示例中，等离子体工艺可以是使用诸如O2、N2、H2、CO、CO2或CH4之类的包括氧气、氮气和氢气中的一种或更多种的气体的等离子体工艺。这里，将以O2等离子体工艺为例并在下面更详细地进行描述。氧自由基O*通过第一覆盖膜250引入到牺牲膜290中，然后与牺牲膜290的碳键合以产生CO或CO2。产生的CO或CO2通过第一覆盖膜250逸出到外部。通过这种工艺，可以去除牺牲膜290，并且可以在去除牺牲膜290的位置处形成空气层240。
在实施方式中，为了防止在去除牺牲膜290同时可能发生的第一覆盖膜250的塌陷，可以利用形成在牺牲膜290上的、诸如氧化物膜之类的支撑膜(未示出)来执行等离子体工艺。
在图6I的步骤S90中，可以在等离子体工艺完成之后通过沉积工艺在第一覆盖膜250上形成第二覆盖膜260。例如，第二覆盖膜260可以是包括硅氮氧化物(SixOyNz)、硅氧化物(SixOy)和硅氮化物(SixNy)中的一种或更多种的介电膜，其中x、y和z是自然数。第二覆盖膜260的厚度可以大于第一覆盖膜250的厚度，并且第二覆盖膜260可以形成为具有稳定地保持第一栅格结构210a的形状所需的厚度。
在图6H和图6I中，第一覆盖膜250和第二覆盖膜260可以层叠并沿着基板270的顶部设置。然而，在图4A和图5A中，为了便于描述，省略了基板270上方的第一覆盖膜250和第二覆盖膜260。
在所公开的技术的一些实施方式中，通过在相邻的第一栅格结构之间布置第二栅格结构，栅格结构可以有效地防止由空气层的膨胀引起的潜在损坏。这样，不然将会集中在栅格结构的薄弱部分上的压力可以分布在整个栅格结构上，从而防止不期望的损坏。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年8月26日提交的韩国申请No.10-2019-0104471的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此，作为本专利文档的公开内容的一部分。
Claims (18)
1.一种图像传感器，该图像传感器包括：
多个第一栅格结构，所述多个第一栅格结构沿成像像素的像素阵列的行方向和列方向布置，并被构造为将所述成像像素彼此分开，每个所述第一栅格结构包括填充有空气的空气层以在两个相邻成像像素之间提供光学隔离；以及
多个第二栅格结构，所述多个第二栅格结构分别设置在所述第一栅格结构所布置于的所述行方向和所述列方向之间的每个交叉处，
其中，所述第二栅格结构包括包含金属的金属层并且不包括空气层，并且
其中，所述第二栅格结构的所述金属层将在所述行方向或所述列方向上彼此相邻的所述第一栅格结构的所述空气层隔离。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，每个所述第一栅格结构沿着与每个所述第一栅格结构相对应的每个单位像素的一侧布置。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，该图像传感器还包括多个滤色器，其中，所述多个滤色器中的每个设置在设置于所述像素阵列中所包括的每个单位像素的相对侧的所述第一栅格结构之间。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，每个第二栅格结构设置在沿所述行方向或所述列方向布置的至少两个相邻的第一栅格结构之间。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，每个第二栅格结构与在所述行方向或所述列方向上相邻的至少两个第一栅格结构接触。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，每个第一栅格结构还包括覆盖所述空气层的第一覆盖膜。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述第一覆盖膜的折射率高于所述空气的折射率并且低于与所述第一栅格结构邻接的滤色器的折射率。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述第一栅格结构还包括第二覆盖膜，所述第二覆盖膜覆盖所述第一覆盖膜并且比所述第一覆盖膜具有更大的厚度。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述第一栅格结构还包括金属层，所述金属层形成在所述空气层下方并且包括金属。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第二栅格结构还包括设置在所述金属层上的第一覆盖膜。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述金属是钨。
12.一种图像传感器，该图像传感器包括：
基板；
像素阵列，所述像素阵列形成在所述基板上并且包括单位像素在行和列中的阵列，每个单位像素能操作以将光转换成像素信号；
第一栅格结构，所述第一栅格结构形成在所述基板上方，位于所述像素阵列的相邻单位像素之间，并且沿着所述单位像素的行和列延伸，以将相邻的单位像素彼此分开，所述第一栅格结构包括填充有空气的空气层以在两个相邻的单位像素之间提供光学隔离；以及
第二栅格结构，所述第二栅格结构形成在所述基板上方并且设置在沿所述像素阵列的行方向或列方向彼此相邻的所述第一栅格结构之间，
其中，所述第二栅格结构包括包含金属的金属层并且不包括空气层，并且
其中，所述第二栅格结构的所述金属层将在所述行方向或所述列方向上彼此相邻的所述第一栅格结构的所述空气层隔离。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第二栅格结构与在所述行方向或所述列方向上相邻的至少两个第一栅格结构接触。
14.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，每个第一栅格结构还包括覆盖所述空气层的第一覆盖膜。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述第一覆盖膜的折射率高于所述空气的折射率并且低于与所述第一栅格结构邻接的滤色器的折射率。
16.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述第一栅格结构还包括第二覆盖膜，所述第二覆盖膜覆盖所述第一覆盖膜并且比所述第一覆盖膜具有更大的厚度。
17.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述第一栅格结构还包括金属层，所述金属层形成在所述空气层下方并且包括金属。
18.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第二栅格结构还包括设置在所述金属层上的第一覆盖膜。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |