CN115460363A - 图像感测装置 - Google Patents
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Abstract
一种图像感测装置可以包括：基板，所述基板包括多个光电转换元件，所述多个光电转换元件各自被配置为生成与入射光相对应的光电荷；多个滤光器，所述多个滤光器被设置在所述基板上并且被配置为选择性地将所述入射光透射到所述多个光电转换元件；以及光学栅格结构，所述光学栅格结构被设置在彼此相邻的所述滤光器之间并且被配置为减少相邻光电转换元件之间的光学串扰。所述光学栅格结构包括：覆盖层，所述覆盖层沿着所述光学栅格结构的边界设置并且被构造为限定具有开口区域的空间，以将所述空间暴露于所述光学栅格结构的外部，使得所述空间填充有空气作为空气层。所述空气层的顶侧的第一宽度小于所述空气层的底侧的第二宽度。
Description
技术领域
各种实施方式总体上涉及包括彼此相邻设置的滤光器的图像感测装置。
背景技术
图像感测装置是指用于通过使用光敏半导体材料的对光作出反应的性质来捕获光学图像的装置。汽车行业、医疗行业和计算机和通信行业的发展已经增加了在诸如智能电话、数码相机、游戏机、IoT(物联网)、机器人、安全性摄像头和医疗微型摄像头的各种领域中对高性能图像感测装置的需求。
图像感测装置可以大致分为CCD(电荷耦合器件)图像感测装置和CMOS(互补金属氧化物半导体)图像感测装置。CCD图像感测装置提供比CMOS图像感测装置更高的图像质量，但是具有更大的尺寸并且比CMOS图像感测装置消耗更大量的功率。CMOS图像感测装置可以被实现为比CCD图像感测装置具有更小的尺寸并且消耗更小的功率。此外，由于通过CMOS制造技术来制造CMOS图像感测装置，因此光感测元件和信号处理电路可以被集成到单个芯片中，这使得能够以低成本制造小尺寸图像感测装置。由于这些原因，针对包括移动装置在内的许多应用开发CMOS图像感测装置。
发明内容
各个实施方式涉及包括空气栅格结构的图像感测装置，即使空气的压力在图像传感器中升高，该空气栅格结构也能够保持空气栅格结构的稳定性。
在一个实施方式中，图像感测装置可以包括：基板，基板包括多个光电转换元件，多个光电转换元件各自被配置为生成与入射光相对应的光电荷；多个滤光器，多个滤光器被设置在基板上并且被配置为选择性地将入射光透射到多个光电转换元件；以及光学栅格结构，光学栅格结构被设置在彼此相邻的滤光器之间并且被配置为减少相邻光电转换元件之间的光学串扰。光学栅格结构包括：覆盖层，覆盖层沿着光学栅格结构的边界设置并且被构造为限定具有开口区域的空间，以将空间暴露于光学栅格结构的外部，使得空间填充有空气作为空气层。空气层的顶侧的第一宽度小于空气层的底侧的第二宽度。
在一个实施方式中，图像感测装置可以包括：滤光器，滤光器彼此相邻设置；以及光学栅格结构，光学栅格结构被设置在滤光器之间以减少相邻滤光器之间的光学串扰，光学栅格结构包括：覆盖层，覆盖层被配置为具有以下结构，该结构包括：(1)壳体，壳体填充有空气以形成设置在滤光器之间的空气层；以及(2)开口区域，开口区域在壳体中，以将壳体暴露于光学栅格结构的外部。空气层的顶表面的第一宽度小于空气层的底表面的第二宽度。
根据所公开的技术的实施方式，可以有效地防止包括空气层的光学栅格结构中的爆裂。
此外，可以提供通过本文档直接或间接理解的各种效果。
附图说明
图1是示出根据实施方式的图像感测装置的框图的示例。
图2是示出图1所示的像素阵列的一部分的图的示例。
图3是示出沿着图2的第一线或第二线截取的截面图的示例。
图4是示出沿着图2的第一线或第二线截取的截面图的示例。
图5A至图5I是示出用于描述形成图3所示的光学栅格结构的工艺的示例的图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述各个实施方式。然而，应注意，本公开不限于特定实施方式，而是包含实施方式的各种修改、等效物和/或替代物。本公开的实施方式可以提供可以通过本公开直接/间接地识别的各种效果。
图1是例示根据实施方式的图像感测装置的框图。
参照图1，图像感测装置100可以包括像素阵列110、行驱动器120、CDS(相关双采样器)130、ADC(模数转换器)140、输出缓冲器150、列驱动器160和定时控制器170。图像感测装置100的组件仅是示例，并且如果需要，可以添加或省略组件中的至少一些。
像素阵列110可以包括布置在多个行和多个列之间的各个交叉点处的多个单位像素。在一个实施方式中，多个单位像素可以被布置在包括行和列的2D像素阵列中。在另一实施方式中，多个单元图像像素可以被布置在3D像素阵列中。多个单位像素可以以单位像素或像素组为单位将光学信号转换为电信号，并且每个像素组内的单位像素可以共享至少特定的内部电路。像素阵列110可以从行驱动器120接收包括行选择信号、像素复位信号和传输信号的驱动信号。根据驱动信号，像素阵列110的对应单位像素可以被启用以执行与行选择信号、像素复位信号或传输信号相对应的操作。
基于由定时控制器170提供的命令和控制信号，行驱动器120可以使像素阵列110能够对包括在对应行中的单位像素执行特定操作。在一个实施方式中，行驱动器120可以选择布置在像素阵列110的一行或更多行处的一个或更多个单位像素。行驱动器120可以生成行选择信号以在多个行当中选择至少一行。行驱动器120可以依次使能与所选择的至少一行相对应的像素的像素复位信号和传输信号。因此，可以将作为从所选行的每个像素生成的模拟信号的参考信号和图像信号依次转移到CDS 130。参考信号可以是当单位像素的感测节点(例如浮动扩散节点)复位时提供给CDS 130的电信号，并且图像信号可以是当通过单位像素生成的光电荷累积在感测节点中时提供给CDS 130的电信号。指示像素的独有复位噪声的参考信号和指示入射光强度的图像信号可以被统称为像素信号。
CMOS图像传感器可以对像素信号采样两次，以便于去除两个采样之间的差，并且因此使用相关双采样来去除不期望出现的像素偏移值(例如，固定模式噪声)。例如，通过相关双采样，CMOS图像传感器可以通过比较通过入射光生成的光电荷累积在感测节点中之前和之后获取的像素输出电压来去除不期望出现的偏移值，从而测量仅基于入射光的像素输出电压。在一个实施方式中，CDS 130可以依次采样和保持分别从像素阵列110提供到多条列线的参考信号和图像信号。也就是说，CDS 130可以采样和保持与像素阵列110的每个列相对应的图像信号和参考信号的电平。
CDS 130可以基于来自定时控制器170的控制信号将每个列的图像信号和参考信号作为相关双采样信号转移到ADC 140。
ADC 140可以将从CDS 130输出的针对每个列的相关双采样信号转换为数字信号并输出该数字信号。在一个实施方式中，ADC 140可以被实现为斜坡比较型ADC。斜坡比较型ADC可以包括比较电路和计数器，比较电路被配置为将模拟像素信号与随时间流逝而上升或下降的斜坡信号进行比较，并且计数器被配置为执行计数操作直到斜坡信号与模拟像素信号匹配。在一个实施方式中，ADC 140可以将针对每个列由CDS 130生成的相关双采样信号转换为数字信号，并输出该数字信号。
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。像素阵列110的列可以联接到相应列计数器，并且可以通过经由列计数器将与各个列相对应的相关双采样信号转换成数字信号而生成图像数据。在另一实施方式中，ADC 140可以包括一个全局计数器，并且通过使用从全局计数器提供的全局代码将与各个列相对应的相关双采样信号转换成数字信号。
输出缓冲器150可以临时保持从ADC 140提供的基于列的图像数据，并输出保持的图像数据。输出缓冲器150可以基于定时控制器170的控制信号临时存储从ADC140输出的图像数据。输出缓冲器150可以操作为补偿与联接到图像感测装置100的另一装置的转移速率或处理速度的差异的接口。
列驱动器160可以基于定时控制器170的控制信号来选择输出缓冲器150的列，并且控制输出缓冲器150以依次输出临时存储在输出缓冲器150的所选列中的图像数据。在一个实施方式中，列驱动器160可以从定时控制器170接收地址信号，基于地址信号生成列选择信号，并且选择输出缓冲器150的列，使得图像数据从输出缓冲器150的所选列输出到外部。
定时控制器170可以控制行驱动器120、CDS 130、ADC 140、输出缓冲器150和列驱动器160中的一个或更多个。
定时控制器170可以向行驱动器120、CDS 130、ADC 140、输出缓冲器150和列驱动器160中的一个或更多个提供图像感测装置100的相应组件的操作所需的时钟信号、用于定时控制的控制信号和用于选择行或列的地址信号。根据一个实施方式，定时控制器170可以包括逻辑控制电路、PLL(锁相环)电路、定时控制电路、通信接口电路等中的至少一个。
图2是例示图1所示的像素阵列的一部分的图。
参照图2，像素阵列110的部分200可以包括以3×3矩阵形状排列的九个单位像素P1至P9。尽管图2例示了九个单位像素P1至P9，但像素阵列110的部分200可以包括除九之外的不同数量个单位像素。因此，像素阵列110的部分200可以包括以与单位像素P1至P9基本上相同的方式配置和操作的K个单位像素，并且以由M行和N列组成的矩阵形状布置，其中，M、N、K是随机正整数。
单位像素P1至P9中的每一个可以包括被配置用于与与其相邻的单位像素光学隔离的光学栅格结构(optical grid structure)210。光学栅格结构210中可以包括有空气。
光学栅格结构210可以被设置在像素阵列110的在行方向或左右方向上彼此相邻地像素(例如，P1和P2、P2和P3)之间或在像素阵列110的在列方向或上下方向上彼此相邻的像素(例如，P1和P4、P4和P7)之间。光学栅格结构210可以布置在像素阵列110的行方向或列方向上。光学栅格结构210可以沿着单位像素的邻接于光学栅格结构210的一个侧边伸长。光学栅格结构210可以被包括在沿上下方向或左右方向与光学栅格结构210相邻的像素中的每个中。光学栅格结构210可以被配置为将在上下方向或左右方向上与光学栅格结构210相邻的像素光学隔离。
分别在像素阵列110的行方向和列方向上延伸的光学栅格结构210可以以其中光学栅格结构210连接为一体的网格类型形成。因此，与特定单位像素相邻的光学栅格结构可以连接到与另一随机单位像素相邻的光学栅格结构210。
在被设置在单位像素的相对两侧上的光学栅格结构210之间，可以设置对应单位像素的滤光器(例如，红色、绿色、蓝色或黄色)。在一些实现方式中，光学栅格结构210可以被设置为围绕某个单位像素的滤光器。
在单位像素的截面上，用于将入射光聚集到对应像素中的微透镜可以被设置在滤光器上方，并且包括用于将入射光的强度转换成电信号的光电转换元件的基板可以被设置在滤光器下方。
已穿过微透镜的入射光穿过滤光器。此时，已穿过特定像素的滤光器的入射光可能通过相邻的滤光器而朝另一像素行进，并且引起光学串扰从而在像素信号中产生噪声。光学栅格结构210可以将这种入射光反射到特定像素中或吸收该入射光，由此防止相邻像素之间的光学串扰以改善成像操作。
光学栅格结构210可以包括空气层，以便于防止光学串扰。空气层连接到暴露到滤光器外部的开口区域220。
开口区域220暴露在光学区域的外部并且允许气体在空气层与光学栅格结构210的外部之间移动。开口区域220可以形成在光学栅格结构210中并且根据光学栅格结构210的形状设置。在一些实现方式中，开口区域220可以被设置为围绕像素。
在图2中，示出了第一切割线A-A’和第二切割线B-B’。沿着第一切割线A-A’截取的截面可以与沿着第二切割线B-B’截取的截面基本相同。因此，包括如图3和图4所示的光学栅格结构210的实现方式与沿着第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的截面图相对应。图5A至图5I示出了用于例示用于形成光学栅格结构210的工艺的图。
图3是例示沿着图2的第一切割线或第二切割线截取的截面的实施方式的图。
参照图3，光学栅格结构210被设置在第五像素P5的两侧，以使得光学结构210通过第五像素P5的宽度彼此间隔开。如上所述，第五像素P5的滤光器300可以设置在在左右方向上彼此相邻的光学栅格结构210之间。图3例示滤光器300的顶表面的高度等于光学栅格结构210的高度。在一些其它实现方式中，滤光器300的顶部表面的高度可以大于或小于光学栅格结构210的高度。
沿着第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的截面CS1可以包括基板270、光电转换元件275、光学栅格结构210、滤光器300和微透镜320。
基板270可以包括彼此面对的顶表面和底表面。在下面的描述中，基板270的底表面和顶表面可以分别被称为前侧和背侧。基板270可以是P型块体基板或N型块体基板、通过在P型块体基板中生长P型外延层或N型外延层而获得的基板或通过在N型块体基板中生长P型外延层或N型外延层而获得的基板。
光电转换元件275可以生成并累积与入射光的强度相对应的光电荷。光电转换元件275可以被设置在基板270内的与第五像素P5相对应的区域中。光电转换元件275可以通过注入N型离子的离子注入工艺形成为N型掺杂区域。根据一个实施方式，光电转换元件275可以包括层叠在其中的多个掺杂区域。在这种情况下，可以通过注入N+离子来形成下掺杂区域，并且可以通过注入N-离子来形成上掺杂区域。光电转换元件275可以被形成为跨越尽可能大的区域，以便于提高指示光接收效率的填充因子。根据一个实施方式，隔离膜(未示出)可以形成在彼此相邻的像素的光电转换元件之间。隔离膜可以垂直凹陷以将光电转换元件彼此电隔离和光学隔离。
光学栅格结构210可以包括相对于彼此定位和构造以形成填充有空气从而形成空气层240的壳体的金属层230和覆盖层250。该壳体包括开口区域220以将壳体内的空间暴露于外部。包括在光学栅格结构210中的各个组件的相对宽度、高度和厚度可以基于各种尺寸、大小或配置下的成像装置的规格来配置，并且因此不限于图3中所示的那些。
金属层230可以被设置在基板270上。金属层230可以由具有高光吸收率的金属材料(例如，钨)制成或包括具有高光吸收率的金属材料(例如，钨)。在一个实施方式中，金属层230可以通过层叠不同或相同的金属材料形成。在这种情况下，设置在底部的金属可以被称为屏障金属。在一个实施方式中，金属层230可以由抗反射层(未示出)覆盖。抗反射层(未示出)可以被设置为覆盖像素阵列110中包括的基板270和金属层230的顶部。抗反射层(未示出)可以具有在基板270与滤光器300的折射率之间的折射率，以补偿基板270与滤光器300之间的折射率差异。例如，抗反射层(未示出)可以是包括硅氮氧化物(SixOyNz)、硅氧化物(SixOy)或硅氮化物(SixNy)中的一个或更多个的介电膜，其中，x、y和z是自然数。
用于形成光学栅格结构210的金属层230和覆盖层250可以被构造为使得用于空气层240的空间可以被设置在金属层230上方，并且空气层240的形状可以由覆盖层250限定。用于空气层240的空间可以被形成为包括具有第一宽度W1的上部和具有第二宽度W2的下部的梯形形状。空气层240的顶表面的第一宽度W1可以小于空气层240的底表面的第二宽度W2。因此，空气层240可以具有朝向顶表面逐渐减小的宽度。
第一宽度W1可以等于开口区域220的宽度，并且第二宽度W2可以等于金属层230的宽度。与图3的结构不同，第二宽度W2可以小于金属层230的宽度。在这种情况下，覆盖层250的至少一部分可以与金属层230的顶表面接触，这使得可以进一步提高空气层240的形状稳定性。例如，空气层240可以具有为1的相对低的折射率。
用于提供空气层240的由金属层230和覆盖层250形成的空间的开口区域220可以以空气层240可以通过开口区域220连接到光学栅格结构210的外部(即，光学栅格结构210上方的区域)的方式设置在光学栅格结构210中。因此，空气或气体可以在光学栅格结构210的外部与用于空气层240的空间之间移动。
覆盖层250和金属层230可以被构造并彼此接触以形成具有开口区域220的部分壳体以围绕用于空气层240的空间。在图3所示的示例中，覆盖层250可以形成为与空气层240和金属层230的侧表面接触。例如，覆盖层250可以是包括硅氮氧化物(SixOyNz)、氧化硅(SixOy)和硅氮化物(SixNy)中的一个或更多个的介电膜，其中，x、y和z是自然数。根据一个实施方式，覆盖层250的折射率可以高于空气层240的折射率，并且低于滤光器300的折射率。
覆盖层250可以被形成为使得与开口区域220相对应的区域从覆盖空气层240的顶表面的平面去除的形状。因此，覆盖层250可以被设置在开口区域220的左侧和右侧。此外，覆盖层250的一个表面可以邻接空气层240，并且覆盖层250的面对该一个表面的另一表面可以邻接滤光器300。
覆盖层250可以包括第一层254和第二层255。第一层254和第二层255可以被设置为彼此邻接。
第一层254可以朝向空气层240倾斜和延伸，以便相对于到基板270的后表面的垂直线具有预定的倾斜角θ。第一层254可以被设置为邻接空气层240的倾斜表面。
第二层255可以沿着到基板270的后表面的垂直线延伸。第二层255可以被设置为邻接金属层230的侧表面。
第一层254和第二层255之间的边界面的高度可以基本上等于空气层240和金属层230之间的边界面的高度。然而，本公开的范围不限于此。每个高度可以指示距基板270的顶表面的高度。
覆盖层250的厚度可以通过实验方式设置为稳定地保持包括空气层240的光学栅格结构210的形状所需的厚度。
构成设置在滤光器300的一侧的光学栅格结构(图3左侧的210)的覆盖层250可以沿着基板270的后表面在滤光器300和基板270之间延伸，并且被设置在滤光器300下方。设置在滤光器300下方的覆盖层250可以连接至构成设置在滤光器300的另一侧的光学栅格结构210的覆盖层250。也就是说，构成邻接滤光器300的光学栅格结构210的覆盖层250可以与设置在滤光器300下方的覆盖层250集成。
因此，与覆盖层250没有被设置在滤光器300下方而是仅设置在光学栅格结构210中的情况相比，用于保持图3中所示的光学栅格结构210的形状的覆盖层250可以跨越更大的区域与另一组件(例如，基板270)接触，这使得可以提高光学栅格结构210的形状稳定性。此外，由设置在光学栅格结构210的左侧和右侧的滤光器300下方的覆盖层250产生的张力之间的平衡可以防止具有相对小的宽度的光学栅格结构210倾斜向一侧(例如，左侧或右侧)。
此外，设置在滤光器300下方的覆盖层250可以用作补偿滤光器300与基板270之间的折射率差异的抗反射层，使得穿过滤光器300的光可以有效地入射到基板270中。因此，即便在滤光器300和基板270之间没有设置单独的抗反射层，覆盖层250也可以用作抗反射层，这使得可以减小单位像素的整体厚度。
在一些实现方式中，开口区域220可以被形成为与空气层240或覆盖层250分开的区域。在一些实现方式中，开口区域220可以与空气层240的顶表面或覆盖层250的开口相对应。在这种情况下，开口区域220可以指示覆盖层250的至少一部分，其在空气层240的顶部处开口至光学栅格结构210的外部，使得气体可以在光学栅格结构210的外部与空气层240之间移动。
开口区域220可以具有等于空气层240的第一宽度W1的宽度。开口区域220的宽度可以通过实验方式设置以在允许气体移动的同时确保光学栅格结构210的形状稳定性。
光学栅格结构210可以防止入射在滤光器(例如，像素P5的滤光器)上的光移动到另一滤光器(例如，像素P4或P6的滤光器)，由此最小化光学串扰。
由于空气层240的折射率(例如，1)低于滤光器300的折射率(例如1.6至1.7)和覆盖层250的折射率(例如1.4)，因此空气层240可以引起已经穿过微透镜320、滤光器300和覆盖层250的入射光的反射，使得入射光被反射向光电转换元件275。因此，光学栅格结构210可以提高每个像素的光学检测效率。
即使由于入射角而不会出现空气层240的反射并且一些入射光折射到空气层240中，入射光也可以被金属层230吸收，这使得可能防止光学串扰。这种相邻像素之间的光学串扰的减小是光学栅格结构210的另一有益功能。
如上所述，空气层240的第一宽度W1小于其第二宽度W2，并且覆盖层250被设置为邻接空气层240的倾斜表面。因此，光学栅格结构210的顶表面的宽度可以小于其底表面的宽度。因此，由于光学栅格结构210的顶表面可以被设计为具有最小宽度，因此可以使从光学栅格结构210的顶表面反射的光最小化，以提高每个像素的光接收效率。
假设与图3中所示的结构不同开口区域220不存在的情况。在这种情况下，空气层240与外部阻断而不物理地连接到外部，并且像素阵列110的整个空气层240被连接为一个区域。
在这种情况下，由于覆盖层250形成为薄膜形状，所以根据制造工艺的限制，覆盖层250可能包括薄弱点，在薄弱点处，可能在由于制造环境或使用环境而导致的温度条件(例如，高温条件)下由压力引起爆裂(popping)。此时，施加到覆盖层250的薄弱点的压力随着空气层240的内部空气的温度和体积的增加而增加。当像素阵列110的整个空气层如上文所假设的那样连接为一个区域时，与像素阵列110的整个空气层240的体积相对应的压力可能集中在薄弱点上。在这种情况下，可以很容易在薄弱点处出现爆裂。
然而，由于在根据本实施方式的光学栅格结构210中空气层240通过开口区域220连接到外部，所以即使内部空气的温度和体积增加，空气层240的内部空气也可以与外部空气连接，这使得可以防止在薄弱点处爆裂。
此外，当制造或使用图像感测装置时，覆盖层250可能塌陷。在这种情况下，由于覆盖层250朝向开口区域220倾斜向空气层240，所以覆盖层250朝向空气层240塌陷，而不是朝向每个像素(例如，像素P5)的中央塌陷。因此，可以保持光学栅格结构210的整体形状以确保光学栅格结构210的形状稳定性。
滤光器300可以在基板270上形成在彼此相邻的光学栅格结构210之间，并且选择性地透射特定波长的光(例如，红色、绿色、蓝色、品红色、黄色、青色等)。根据一个实施方式，当单位像素P5与深度像素相对应时，滤光器300可以省略或替换为IR(红外线)通过滤波器。滤光器300可以被设置在开口区域220的左侧和右侧。
微透镜320可以被设置在滤光器300上方，并且提高针对入射光的光收集力，从而提高光电转换元件275的光接收效率。微透镜320可以在垂直方向上不与开口区域220交叠。
图4是例示沿着图2的第一切割线或第二切割线截取的截面的另一实施方式的图。
参照图4，沿着第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的截面示出了光学栅格结构210’被设置在其两侧从而通过第五像素P5的宽度彼此间隔开。
沿着第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的截面CS2可以包括基板270、光电转换元件275、光学栅格结构210’、滤光器300和微透镜320。由于除了光学栅格结构210’的形状之外，截面CS2与参照图3描述的截面CS1基本上相同，本文将省略重复的描述。
光学栅格结构210’可以包括金属层230、空气层240’、覆盖层250’和开口区域220’。
与图3中所示的具有与梯形相对应的形状的空气层240不同，空气层240’可以具有其中矩形和梯形进行层叠的形状。梯形可以包括具有第一宽度W1’的上部和具有第二宽度W2’的下部，并且矩形可以包括各自具有第二宽度W2’的上侧和下侧。因此，开口区域220’可以具有第一宽度W1’。
覆盖层250’可以包括第一层256和第二层257。第一层256和第二层257可以被设置为彼此邻接。
第一层256可以朝向空气层240倾斜和延伸，从而相对于到基板270的后表面的垂直线具有预定的倾斜角θ。第一层256可以被设置为邻接空气层240的倾斜表面。
第二层257可以沿着到基板270的后表面的垂直线延伸。第二层257可以被设置为邻接空气层240的矩形形状侧表面和金属层230的侧表面。
第一层256和第二层257之间的边界面的高度可以基本上等于空气层240的梯形形状和矩形形状之间的边界面的高度。此外，第一层256与第二层257之间的边界面的高度可以大于空气层240与金属层230之间的边界面的高度。每个高度可以指示距基板270的顶表面的高度。
根据图4所示的实施方式，第二层257的沿着到基板270的后表面的垂直线延伸的高度可以大于金属层230的高度。因此，可以与金属层230的高度无关地调整光学栅格结构210’的高度。
此外，调整第二层257的高度以控制第一层256的长度和倾斜角，这使得可以选择能够提高光学栅格结构210’的串扰防止性能和光接收效率的最佳结构。
图5A至图5I是用于描述形成图3所示的光学栅格结构的工艺的图。
在下文中，将参照图5A至图5I描述形成图3所示的光学栅格结构210的工艺。在图5A至图5I中的每一个中示出的截面与沿着图2的第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的截面相对应。根据本公开的实施方式的工艺的描述将集中于形成图3所示的光学栅格结构210的工艺。然而，除了一些差异(例如，图5D的倾斜的光致抗蚀剂图案290的形状和牺牲层282的高度)之外，可以以与形成图3所示的光学栅格结构210的工艺基本上相同的方式来执行形成图4所示的光学栅格结构210’的工艺。
在图5A的步骤S10中，可以通过沉积工艺将金属232设置在基板270上。金属232的高度可以与光学栅格结构210的金属层230的高度相对应。
在图5B的步骤S20中，与金属层230相对应的掩模可以被设置在金属232上，并且可以通过蚀刻工艺形成金属层230。
在图5C的步骤S30中，可以通过沉积工艺在金属层230和基板270上形成牺牲层282。牺牲层282可以包括包含碳的SOC(旋涂碳)膜。
在图5D的步骤S40中，限定光学栅格结构210的空气层240的光致抗蚀剂图案290可以被设置在牺牲层282上。光致抗蚀剂图案290可以相对于到基板270的顶表面的垂直线具有预定斜度，从而与空气层240相对应。可以通过控制掩模光致抗蚀剂轮廓来形成具有这种形状的光致抗蚀剂图案290。
在图5E的步骤S50中，可以使用光致抗蚀剂图案290作为蚀刻掩模来蚀刻牺牲层282。因此，可以去除设置在不与光学栅格结构210相对应的区域(例如，单位像素区域)中的牺牲层282。此外，由于光致抗蚀剂图案290具有与空气层240的形状相对应的形状，所以在蚀刻工艺完成之后，牺牲图案280可以具有与空气层240的形状基本相同的形状。
在图5F的步骤S60中，可以通过沉积工艺形成覆盖层252以覆盖基板270、金属层230和牺牲图案280的表面。
在图5G的步骤S70中，在形成覆盖层252之后，可以通过涂覆工艺用光致抗蚀剂材料295填充空的空间。因此，光致抗蚀剂材料295可以被设置在金属层230和牺牲图案280的层叠结构与另一相邻的金属层230和牺牲图案280的层叠结构之间。光致抗蚀剂材料295可以填充空的空间，从而具有与设置在牺牲图案280上的覆盖层252的顶表面基本上相同的高度。
在图5H的步骤S80中，可以在覆盖层252和光致抗蚀剂材料295上执行毯覆式蚀刻工艺(blanket etch process)，以形成开口区域220。可以执行毯覆式蚀刻工艺直到暴露牺牲图案280的顶部。因此，可以去除设置在牺牲图案280上的覆盖层252，并且可以在开口区域220的任一侧形成覆盖层250。然后，可以通过单独的工艺(例如，湿法蚀刻)去除剩余的光致抗蚀剂材料295。
在图5I的步骤S90中，可以执行等离子体工艺以去除牺牲图案280并在与牺牲图案280相对应的位置处形成空气层240。等离子体工艺可以指示使用包含氧、氮和氢中的一种或更多种的气体(例如O2、N2、H2、CO、CO2和CH4)的等离子体工艺。这里，O2等离子体工艺将被采纳为示例以用于描述。在O2等离子体工艺期间，氧自由基(O*)通过开口区域220被引入到牺牲图案280中，并且引入的氧自由基与牺牲图案280的碳结合，从而生成CO或CO2，所生成的CO或CO2通过开口区域220逸出到外部。通过这样的工艺，可以去除牺牲图案280，并且可以在去除了牺牲图案280的位置处形成光学栅格结构210的空气层240。
在一个实施方式中，可以在去除牺牲图案280的等离子体工艺之前形成图3所示的滤光器300和微透镜320，以保持光学栅格结构210的形状稳定性。然而，本公开的范围不限于此。
虽然上文已描述各个实施方式，但本领域的技术人员将理解，所描述的实施方式仅为示例。因此，可以基于本专利文档中公开的内容来作出对本文中所描述的图像感测装置的所描述的实施方式的变化和改进以及其它实施方式。
相关申请的交叉引用
本专利文档要求于2021年6月9日提交的韩国专利申请No.10-2021-0074559的优先权和权益，其公开内容通过引用全文并入本文作为本专利文档的公开内容的一部分。
Claims (20)
1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
基板，所述基板包括多个光电转换元件，所述多个光电转换元件各自生成与入射光相对应的光电荷；
多个滤光器，所述多个滤光器被设置在所述基板上并且选择性地将所述入射光透射到所述多个光电转换元件；以及
光学栅格结构，所述光学栅格结构被设置在彼此相邻的滤光器之间并且减少相邻光电转换元件之间的光学串扰，
其中，所述光学栅格结构包括：
覆盖层，所述覆盖层沿着所述光学栅格结构的边界设置并且被构造为限定具有开口区域的空间，以将所述空间暴露于所述光学栅格结构的外部，使得所述空间填充有空气作为空气层，
其中，所述空气层的顶侧的第一宽度小于所述空气层的底侧的第二宽度。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述覆盖层包括：
第一层，所述第一层沿着所述空气层的侧面设置并且相对于与所述空气层的顶表面或底表面垂直的垂直线以预定倾斜角倾斜；以及
第二层，所述第二层被设置为邻接所述第一层并且沿着所述垂直线延伸。
3.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述光学栅格结构还包括设置在所述空气层下方的金属层。
4.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述空气层具有与梯形相对应的形状。
5.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述第一层被设置为邻接所述空气层，并且所述第二层被设置为邻接所述金属层。
6.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述第一层和所述第二层被设置为在所述空气层和所述金属层彼此邻接的高度处邻接。
7.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述空气层包括具有梯形形状的上部和具有矩形形状的下部。
8.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述第一层被设置为邻接所述空气层，并且所述第二层被设置为邻接所述空气层和所述金属层。
9.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述第一层和所述第二层被设置为在比所述空气层和所述金属层彼此邻接的位置更高的高度处邻接。
10.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述金属层的宽度大于所述第二宽度。
11.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中，所述覆盖层具有邻接所述空气层的内表面和邻接所述滤光器的外表面。
12.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述覆盖层的折射率大于所述空气层的折射率并且小于所述滤光器的折射率。
13.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述光学栅格结构的所述覆盖层延伸到所述滤光器的底部。
14.根据权利要求1所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括被设置在所述滤光器上的透镜，所述透镜不与所述开口区域交叠。
15.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：
滤光器，所述滤光器彼此相邻设置；以及
光学栅格结构，所述光学栅格结构被设置在所述滤光器之间以减少相邻滤光器之间的光学串扰，
其中，所述光学栅格结构包括：
覆盖层，所述覆盖层具有包括以下各项的结构：1)壳体，所述壳体填充有空气以形成设置在所述滤光器之间的空气层；以及2)开口区域，所述开口区域在所述壳体中，以将所述壳体暴露于所述光学栅格结构的外部，
其中，所述空气层的顶表面的第一宽度小于所述空气层的底表面的第二宽度。
16.根据权利要求15所述的图像感测装置，其中，所述覆盖层的折射率大于所述空气层的折射率并且小于所述滤光器的折射率。
17.根据权利要求15所述的图像感测装置，其中，所述覆盖层延伸到所述滤光器的底部。
18.根据权利要求15所述的图像感测装置，该图像感测装置还包括：
金属层，所述金属层被设置在所述空气层下方并且具有被所述覆盖层围绕的侧表面。
19.根据权利要求18所述的图像感测装置，其中，所述金属层具有大于所述第一宽度的宽度。
20.根据权利要求18所述的图像感测装置，其中，所述金属层的所述侧表面从与所述空气层的所述底表面垂直的垂直线倾斜。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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