TW201937207A - 包括分隔圖案的影像感測器 - Google Patents

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Abstract

包括分隔圖案的影像感測器包括：基板；形成在基板中的感光元件，各個感光元件回應光生成感光電訊號；抗反射層，形成在感光元件上方並減小光反射以方便入射光通過抗反射層光學透射到感光元件；濾色器，形成在抗反射層上方並在空間上分別與感光元件對應，各個濾色器選擇入射光中的指定顏色透射通過到對應感光元件；分隔圖案，形成在抗反射層上方並在空間上分別與感光元件對應，以將感光元件上方的光接收區域分隔成單獨光接收區域，各個分隔圖案包圍對應濾色器以與相鄰濾色器分離；凹槽，形成在分隔圖案的上部中並在相鄰分隔圖案之間提供氣隙；微透鏡，形成在分隔圖案和濾色器上方以分別將入射光通過濾色器引導到感光元件。微透鏡通過凹槽彼此分離。

Description

包括分隔圖案的影像感測器
本專利文獻中所公開的技術和實現方式總體上涉及一種影像感測器、形成該影像感測器的方法以及包括該影像感測器的電子裝置。
最近，隨著資訊和通訊技術的發展以及影像資訊的數位化，如今越來越多的電子裝置（例如，數位相機、攝像機、行動電話、個人通訊系統（personal communications system, PCS）、遊戲機、安全相機和醫療用微型相機）配備有影像感測器。影像感測器包括多個像素，並且多個像素中的每一個包括光二極體、濾色器和微透鏡。通常，多個像素包括用於將像素光學隔離的柵格圖案。然而，由於柵格圖案獨自無法充分地引導光，所以難以充分地改善量子效率和串擾現象。
本專利文獻要求於2018年2月26日提交的韓國專利申請No. 10-2018-0022688的優先權，其整體通過引用併入本文。
本專利文獻尤是提供包括分隔圖案以改善量子效率和串擾現象的影像感測器的設計。
另外，各種實施方式涉及一種用於形成包括分隔圖案的影像感測器的方法。
此外，各種實施方式涉及一種包括影像感測器的電子裝置，該影像感測器包括分隔圖案。
在所公開的技術的實施方式中，一種影像感測器可包括：基板；形成在基板中的感光元件，各個感光元件回應光以生成感光電訊號；抗反射層，其形成在感光元件上方並被構造為減小光學反射以方便入射光通過抗反射層光學透射到感光元件；濾色器，其形成在抗反射層上方並被設置為在空間上分別與感光元件對應，各個濾色器被構造為選擇入射光中的指定顏色透射通過到對應感光元件；以及分隔圖案，其形成在抗反射層上方並被設置為在空間上分別與感光元件對應，以將感光元件上方的光接收區域分隔成單獨的多個光接收區域，各個分隔圖案包圍對應濾色器以與相鄰濾色器分離；凹槽，其形成在分隔圖案的上部中，並在相鄰分隔圖案之間提供氣隙；微透鏡，其形成在分隔圖案和濾色器上方以分別將入射光通過濾色器引導到感光元件。微透鏡可通過凹槽彼此分離。
在實施方式中，一種影像感測器可包括：基板；感光元件，其設置在基板中以將光轉換為表示影像的感光訊號；抗反射層，其設置在基板上方以減少入射光的光學反射；多個分隔圖案，其設置在抗反射層上方；濾色器，其設置在多個分隔圖案之間以選擇入射光中的期望顏色通過濾色器以用於影像感測；微透鏡，其設置在濾色器上方以引導入射光通過濾色器到達感光元件；以及防眩光層，其為光學透明的並且形成在微透鏡的表面上方以減少眩光。分隔圖案可具有低於濾色器的折射率。
根據實施方式，由於濾色器和微透鏡可在光學上和物理上進一步隔離，所以可實現更高效的導光效果。
根據實施方式，由於導光效果改善，所以串擾現象和光線角度響應（ray angle response , RAR）可改善。
根據實施方式，由於光移位元減小，所以遮光效果可改善。
根據實施方式，精細像素中的量子效率損失可減小，並且由於柵格圖案的水平寬度可增加，所以可消除或減輕光的衍射現象。
根據實施方式，由於導光效果改善，所以可實現半遮蔽相位差檢測自動聚焦功能。
根據實施方式，由於可調節微透鏡的折射率，所以也可調節微透鏡的焦距。
根據本發明的各種實施方式的其它優點已在本文中描述。
可實現所公開的技術以提供一種影像感測器、形成該影像感測器的方法以及包括該影像感測器的電子裝置。所公開的影像感測器提出了一種允許微透鏡在光學上和物理上彼此分離的設計。所公開的影像感測器還可用於在光學上和物理上分離濾色器。通過所提出的設計，可實現更高效的導光效果，這進一步改善了串擾現象和光線角度響應（ray angle response , RAR）。
在本發明中，在結合圖式閱讀以下示例性實施方式之後，用於實現它們的優點、特徵和方法將變得更顯而易見。貫穿本發明，相似的標號貫穿各種圖式和所公開的技術的實施方式表示相似的部件。
本說明書中所使用的術語用於描述各種實施方式，而非限制所公開的技術。如本文所使用的，除非上下文清楚地另外指示，否則單數形式旨在也包括複數形式。將進一步理解，術語“包括”和/或“包含”當用在本說明書中時指定存在所述特徵、步驟、操作和/或元件中的至少一個，但不排除一個或更多個其它特徵、步驟、操作和/或其元件的存在或添加。
圖1是示意性地示出基於所公開的技術的實施方式的影像感測器800的示例性方塊圖。參照圖1，影像感測器800可包括多個像素按照矩陣結構設置的像素矩陣810（例如，按行和列設置的像素矩陣）、關聯雙重取樣器（correlated double sampler, CDS）820、類比至數位轉換器（analog-digital converter, ADC）830、緩衝器840、行驅動器850、定時產生器860、控制暫存器870和斜坡訊號產生器880。
像素矩陣810可包括按照包括行和列的矩陣結構設置的多個區塊815。響應於接收到入射光，多個區塊815中的每一個可將關於所接收的入射光的光學影像資訊轉換為電影像訊號，並通過列線將電影像訊號發送到關聯雙重取樣器820。多個區塊815中的每一個可與多條行線中的一條和多條列線中的一條聯接。濾色器可設置在像素矩陣810中的各個區塊上，使得特定顏色的光被輸入到各個像素。例如，多個區塊815中的每一個可包括三個不同顏色的圖案，使得紅色圖案、綠色圖案和藍色圖案按照包括行和列的矩陣的形式設置。
關聯雙重取樣器820可對從像素矩陣810的區塊815接收的電影像訊號進行保持和取樣。例如，關聯雙重取樣器820可根據從定時產生器860提供的時鐘訊號對基準電壓電平和所接收的電影像訊號的電壓電平進行取樣，並將與它們之差對應的類比訊號發送到類比至數位轉換器830。
類比至數位轉換器830可將所接收的類比訊號轉換為數位訊號，並將數位訊號發送到緩衝器840。
緩衝器840可儲存或鎖存所接收的數位訊號並將鎖存的數位訊號依次輸出到外部影像訊號處理器。緩衝器840可包括儲存或鎖存數位訊號的記憶體以及用於放大數位訊號的感測放大器。
行驅動器850可根據定時產生器860的訊號來驅動像素矩陣810的多個區塊815。例如，行驅動器850可生成各自用於選擇多條行線中的一條的選擇訊號和/或各自用於驅動多條行線中的一條的驅動訊號。
定時產生器860可生成用於控制關聯雙重取樣器820、類比至數位轉換器830、行驅動器850和斜坡訊號產生器880的定時訊號。
控制暫存器870可生成用於控制緩衝器840、定時產生器860和斜坡訊號產生器880的控制訊號。
斜坡訊號產生器880可根據定時產生器860的控制生成用於控制從緩衝器840輸出的影像訊號的斜坡訊號。
影像感測器800的各個區塊815可包括將所接收的光轉換為電荷的光感測器或感光元件，其可按照合適的配置實現，包括光二極體、光柵、光電晶體、光導體或者能夠生成光生電荷的一些其它光敏結構。各個成像像素還可包括用於儲存光生電荷的電荷儲存區域，其可被構造成例如浮動傳播區域，如下面的示例中所公開的。各個成像像素中可包括附加電路，例如用於將光生電荷從光感測器傳輸到儲存區域的傳輸電晶體以及用於在讀出之後重置電荷儲存區域中的電荷的重置電路。
圖2A至圖3H是示意性地示出基於所公開的技術的各種實施方式的影像感測器的縱向截面圖。參照圖2A，根據實施方式的影像感測器100A可包括形成在基板10中的諸如光二極體20的感光元件、設置在基板10的第一表面（例如，頂表面）上方的抗反射層30以及在抗反射層30上方的濾色器50、分隔圖案60和微透鏡70。
基板10可包括單晶矽晶圓、絕緣體上的矽（silicon-on-insulator , SOI）晶圓或磊晶成單晶矽層。
光二極體20可包括注入到基板10中的諸如磷（P）或砷（As）的N型離子和/或諸如硼（B）的P型離子。
抗反射層30可包括諸如氮化矽、氧化矽或氮氧化矽的無機材料層。抗反射層30可形成為單層或多層。
濾色器50可通過分隔圖案60彼此分離，並且可在俯視圖中具有島形狀，以使得各個濾色器50可被對應分隔圖案60包圍。濾色器50可按行和列設置以形成矩陣設置方式。各個濾色器50可分別包括紅色、綠色和藍色當中的一種顏色的顏料以及允許透射紅色、綠色和藍色中的期望顏色的基礎樹脂。設置濾色器50的顏色的一種示例方式可以是熟知的重複拜耳（Bayer）濾色器單元圖案的拜耳濾色器圖案，其中各個單元圖案具有2個綠色濾色器像素、1個藍色濾色器像素和1個紅色濾色器像素。
影像感測器100A可包括形成在諸如光二極體20的感光元件上方的分隔圖案60，並且可被構造成在光學上和物理上將濾色器50彼此隔離或分離。在此示例中，分隔圖案60可形成在抗反射層30上方並被設置為空間上分別與諸如光二極體20的感光元件對應，以將感光元件上方的光接收區域分隔成單獨的光接收區域。各個分隔圖案60包圍對應濾色器50以使其與相鄰濾色器50分離。在俯視圖中，分隔圖案60可按照網格形式或格子形式設置。分隔圖案60可與光二極體20之間的空間垂直對齊。分隔圖案60可光學透明以允許入射光光學透射到下方的濾色器和像素，並且可包括光學透明材料，例如聚苯乙烯、聚醯亞胺、聚矽氧烷、丙烯酸、環氧樹脂或其它聚合物有機材料或者諸如氧化矽的無機絕緣材料。
微透鏡70可按照半球體的形狀形成和設置在濾色器50上或上方。微透鏡70可在光學上和物理上彼此分離，並且可空間上被設置為分別與光二極體20對應以將在不同的光二極體20上方的不同位置處接收的光引導至對應的光二極體20。
分隔圖案60可包括凹槽65，所述凹槽65凹陷以低於濾色器50的頂表面，使得在俯視圖中在分隔圖案60的上部中凹槽65可具有網格形式。凹槽65可在分隔圖案60的上部中提供氣隙。由於氣隙具有約1.0的折射率，所以氣隙的折射率低於分隔圖案60的折射率。因此，在氣隙與分隔圖案60之間的介面處可產生全反射，以使得凹槽65可高效地將通過微透鏡70入射的光引導到光二極體20。微透鏡70可通過凹槽65進一步在光學上和物理上彼此分離。另外，微透鏡70可通過凹槽65在物理上彼此分離。
在一個實現方式中，微透鏡70可包括與用於分隔圖案60的光學透明材料相同的光學透明材料。例如，微透鏡70可在材料上與分隔圖案60連續，並且可在物理上與分隔圖案60成一體。
分隔圖案60和微透鏡70可包括諸如基於聚苯乙烯的樹脂、基於聚醯亞胺的樹脂、基於聚矽氧烷的樹脂、基於丙烯酸的樹脂、基於環氧樹脂的樹脂或其共聚物樹脂的透明聚合物材料，或者基於氧化矽或基於氮化矽的無機材料。
參照圖2B，基於實施方式的影像感測器100B可包括形成在基板10中的光二極體20、設置在基板10的頂表面上方的抗反射層30以及設置在抗反射層30上方的柵格圖案40、濾色器50、分隔圖案60和微透鏡70。柵格圖案40可被構造為光學不透明以提供光學隔離或分離，並且可按照網格的形式設置以在俯視圖中與分隔圖案60交疊。因此，濾色器50可通過柵格圖案40和分隔圖案60在光學上和物理上彼此分離。在一些實現方式中，柵格圖案40和分隔圖案60可與光二極體20之間的空間垂直對齊，並且可被設置在光二極體20之間的空間上方。柵格圖案40可包括光學不透明材料，這包括光學吸收性或具有阻擋光學透射的性質的光學不透明材料（例如，諸如鎢（W）的金屬）。
參照圖2C，基於實施方式的影像感測器100C可包括形成在基板10中的光二極體20、設置在基板10的頂表面上方的抗反射層30以及設置在抗反射層30上方的濾色器50、分隔圖案60、微透鏡70和防眩光層80。
防眩光層80可利用位於微透鏡70上方的曲面設置，以在入射光進入相應微透鏡70之前導致入射光的光學折射，以與微透鏡70協作增大或減小焦距。防眩光層80的設計可以是根據影像感測器的像素的集成度來光學控制影像感測器的光二極體20處的最終入射光聚集強度（例如，增大或減小各個光二極體20處的光強度）以便於改善影像解析度。
在實現方式中，防眩光層80可形成在微透鏡70的半球形表面上。在一些實現方式中，防眩光層80可適形地形成在微透鏡70的整個表面上。防眩光層80可包括氧化矽。防眩光層80可具有低於微透鏡70的折射率。例如，在微透鏡70具有約1.56的折射率的情況下，防眩光層80可具有約1.4的折射率。防眩光層80的中心部分的厚度可比防眩光層80的外側部分的厚度厚。防眩光層80也可通過凹槽65在物理上分離。在所公開的技術的另一實施方式中，防眩光層80可部分或完全填充凹槽65的內部。在另一實施方式中，防眩光層80可填充凹槽65的內部，並且可不在物理上彼此分離。
參照圖2D，基於實施方式的影像感測器100D可包括形成在基板10中的光二極體20、設置在基板10的頂表面上方的抗反射層30以及設置在抗反射層30上的柵格圖案40、濾色器50、分隔圖案60、微透鏡70和防眩光層80。影像感測器100D可參照圖2A至圖2C所示的影像感測器100A至100C來理解。與如圖2C所示的影像感測器100C相比，影像感測器100D還可包括包含網格形式的柵格圖案40。柵格圖案40上的結構可基於關於圖2C的描述來理解。
在圖2A至圖2D所示的影像感測器100A至100D中，分隔圖案60和微透鏡70可以是彼此接合的不同結構：分隔圖案60可形成為包圍並分離相應濾色器50；微透鏡70可形成在濾色器50的頂部以將入射光單獨地引導到相應濾色器50中。微透鏡70與其對應的下方的分隔圖案60之間的邊界可以是使用將相鄰分隔圖案60和微透鏡70分離的凹槽65不同地限定的邊界面。例如，在實施方式中，分隔圖案60和對應微透鏡70的邊界面可被定位成低於濾色器50的頂表面，其中凹槽65的底部可在在濾色器50的頂表面下方。在另一實施方式中，分隔圖案60和微透鏡70的邊界面可與濾色器50的頂表面基本上相同或相似。在另一實施方式中，分隔圖案60和微透鏡70的邊界面可被定位在比濾色器50的頂表面高的位準處。
參照圖2E，基於實施方式的影像感測器100E可包括形成在基板10中的光二極體20、設置在基板10的第一表面（例如，頂表面）上方的抗反射層30以及設置在抗反射層30上方的濾色器50、分隔圖案60和微透鏡70。當與圖2A的影像感測器100A比較時，分隔圖案60和微透鏡70可包括不同的材料。也就是說，分隔圖案60和微透鏡70可在材料上和物理上彼此區分或分離。分隔圖案60可具有相對低於濾色器50的折射率，微透鏡70可具有相對高於濾色器50的折射率。例如，在濾色器50具有約1.4的折射率的情況下，分隔圖案60可具有約1.2的折射率。在本實施方式中，分隔圖案60和微透鏡70的邊界面與濾色器50的頂表面可被定位在相似的位準處。
參照圖2F，基於實施方式的影像感測器100F可包括形成在基板10中的光二極體20、設置在基板10的頂表面上方的抗反射層30以及設置在抗反射層30上方的柵格圖案40、濾色器50、分隔圖案60和微透鏡70。影像感測器100F的結構可參照圖2B和圖2E的影像感測器100B和100E來理解。
參照圖2G，基於實施方式的影像感測器100G可包括形成在基板10中的光二極體20、設置在基板10的頂表面上方的抗反射層30以及設置在抗反射層30上方的濾色器50、分隔圖案60、微透鏡70和防眩光層80。影像感測器100G的結構可參照圖2C和圖2E的影像感測器100C和100E來理解。
參照圖2H，基於實施方式的影像感測器100H可包括形成在基板10中的光二極體20、設置在基板10的頂表面上方的抗反射層30以及設置在抗反射層30上方的柵格圖案40、濾色器50、分隔圖案60、微透鏡70和防眩光層80。影像感測器100H可參照圖2D和圖2E的影像感測器100D和100E來理解。
參照圖3A，基於實施方式的影像感測器100I可包括形成在基板10中的光二極體20、設置在基板10的頂表面上方的抗反射層30以及設置在抗反射層30上方的濾色器50、分隔圖案60、微透鏡70和防眩光層80。
在俯視圖中，分隔圖案60可按照網格的形式設置以將多個濾色器50按照類似島嶼的形狀分離。分隔圖案60可具有設置在濾色器50的頂表面上方的部分。在縱向截面圖中，分隔圖案60可具有高度大於濾色器50的垂直厚度的形狀。在一些實現方式中，分隔圖案60可具有壩形狀。分隔圖案60的外側部分可與濾色器50的外側部分垂直地部分交疊。分隔圖案60的外側部分可設置在濾色器50上方。在一些實現方式中，各個分隔圖案60可具有倒臺階形狀，其包括寬度相對窄的下部和寬度相對寬的上部。分隔圖案60的下部可設置在濾色器50的側表面之間。分隔圖案60的上部可設置在濾色器上方。分隔圖案60的下部可與濾色器50的側表面接觸。分隔圖案60的上部可設置在濾色器50的頂表面的外側區域上。分隔圖案60的上部可具有與濾色器50的頂表面接觸的底表面。
凹槽65可形成在分隔圖案60的上部中。在本實施方式中，防眩光層80可填充形成在分隔圖案60的上部中的凹槽65。因此，防眩光層80也可具有凹槽65。
參照圖3B，當與圖3A所示的影像感測器100I比較時，基於實施方式的影像感測器100J可包括具有傾斜側壁的分隔圖案60。分隔圖案60的上部具有向下增大的變化的寬度。例如，分隔圖案60的各個上部可具有寬度相對窄的最上部以及寬度相對寬的最下部。在製程期間，分隔圖案60的側壁可傾斜，並且由於傾斜的分隔圖案，微透鏡70的填充特性可得以改善。圖2A至圖2H所示的影像感測器100A至100H的分隔圖案60也可具有傾斜側表面。影像感測器100J的分隔圖案60也可具有正（+）傾斜側表面（向前方向上升）。圖2A至圖2H所示的影像感測器100A至100H的濾色器50可具有負（-）傾斜側表面（向後方向上升）。
參照圖3C，基於實施方式的影像感測器100K可包括形成在基板10中的光二極體20、設置在基板10的頂表面上方的抗反射層30以及設置在抗反射層30上方的柵格圖案40、濾色器50、分隔圖案60、微透鏡70和防眩光層80。分隔圖案60可形成在濾色器50之間的柵格圖案40上。例如，柵格圖案40和分隔圖案60的下部的側壁可垂直對齊。
參照圖3D，當與圖3C所示的影像感測器100K比較時，基於實施方式的影像感測器100L可包括具有傾斜側壁的分隔圖案60。
參照圖3E，基於實施方式的影像感測器100M可包括形成在基板10中的光二極體20、設置在基板10的頂表面上方的抗反射層30以及設置在抗反射層30上方的柵格圖案40、濾色器50、分隔圖案60、微透鏡70和防眩光層80。
各個分隔圖案60可具有比柵格圖案40寬的水平寬度以及比柵格圖案40高的垂直厚度（或高度）。分隔圖案60可完全覆蓋柵格圖案40。在一些實現方式中，分隔圖案60可包圍柵格圖案40的側壁並且可覆蓋柵格圖案40，使得柵格圖案40的頂表面可不暴露。濾色器50可通過分隔圖案60與柵格圖案40分離並且不與柵格圖案40接觸。
分隔圖案60的頂表面與濾色器50的頂表面可基本上共面。例如，分隔圖案60和濾色器50可具有基本上相同的高度（或垂直厚度）。
在俯視圖中，微透鏡70可具有島形狀並且按照具有行和列的矩陣形式設置。微透鏡70可通過柵格圖案40和分隔圖案60彼此隔離和分離。
凹槽65可形成在分隔圖案60的上部中。凹槽65的下端可被定位在比濾色器50的頂表面低的位準處。微透鏡70可通過凹槽65進一步在光學上和物理上彼此分離。防眩光層80可部分或完全填充凹槽65。在一些實現方式中，防眩光層80可在物理上連續。在另一實施方式中，防眩光層80可通過凹槽65在物理上分離。
參照圖3F，當與圖3E所示的影像感測器100M比較時，基於實施方式的影像感測器100N可包括具有傾斜側壁的分隔圖案60。影像感測器100N的濾色器60可具有傾斜側表面。
參照圖3G，在基於實施方式的影像感測器100O中，當與圖2B所示的影像感測器100B比較時，濾色器50的部分可形成在柵格圖案40上。濾色器50可在其上部和其下部中具有不同的寬度。例如，分隔圖案60的寬度可小於柵格圖案40的寬度。各個分隔圖案60的寬度可與光二極體20之間的空間的寬度基本上相同或相似。
參照圖3H，當與圖3G所示的影像感測器100O比較時，基於實施方式的影像感測器100P還可包括防眩光層80。
在圖3A至圖3D、圖3G和圖3H所示的影像感測器100I至100L、100O和100P中，分隔圖案60和微透鏡70的虛擬邊界面可被定位在各種位準處。例如，在實施方式中，分隔圖案60和微透鏡70的虛擬邊界面可被定位為低於濾色器50的頂表面。在另一實施方式中，分隔圖案60和微透鏡70的虛擬邊界面可與濾色器50的頂表面基本上相同或相似。在另一實施方式中，分隔圖案60和微透鏡70的虛擬邊界面可被定位在比濾色器50的頂表面高的位準處。
在基於各種實施方式的影像感測器100A至100P中，可按照各種方式改變並應用柵格圖案40、濾色器50、分隔圖案60、微透鏡70、防眩光層80和凹槽65的規格（例如，水平寬度、垂直厚度、高度和表面曲率）。
圖4A至圖4D是公開了基於實施方式的影像感測器的形成方法的縱向截面圖。
參照圖4A，基於實施方式的影像感測器的形成方法可包括以下步驟：在基板10中形成光二極體20；在基板10的頂表面上方形成抗反射層30；以及在抗反射層30上方形成具有開口Op的分隔圖案60。
基板10可包括單晶矽晶圓、絕緣體上的矽（silicon-on-insulator , SOI）晶圓或磊晶成單晶矽層。
形成光二極體20的步驟可包括：通過執行離子注入製程來注入諸如磷（P）或砷（As）的N型離子和/或諸如硼（B）的P型離子。
形成抗反射層30的步驟可包括：通過執行沉積製程來作為單層或多層形成氮化矽層、氧化矽層或氮氧化矽層。
形成分隔圖案60的步驟可包括：通過執行沉積製程來在抗反射層30上形成分隔材料層並通過執行光刻製程和構圖製程來對分隔材料層進行構圖。形成分隔材料層的步驟可包括：形成包括具有流動性的諸如基於聚苯乙烯的樹脂、基於聚醯亞胺的樹脂、聚矽氧烷樹脂、基於丙烯酸的樹脂、基於環氧樹脂的樹脂或其共聚物樹脂的聚合物材料或者基於氧化矽或基於氮化矽的無機材料的層，然後，對所述層進行加熱、乾燥和烘烤。開口Op可與光二極體20垂直對齊，並且可暴露抗反射層30的表面。
參照圖4B，該方法可包括以下步驟：在開口Op中形成濾色器50。形成濾色器50的步驟可包括：形成聚合物有機材料圖案（各自包括紅色、綠色或藍色的顏料以及基礎樹脂），並對聚合物有機材料圖案進行加熱和乾燥。
參照圖4C，該方法可包括以下步驟：形成覆蓋層70a以覆蓋濾色器50和分隔圖案60。形成覆蓋層70a的步驟可包括：形成包括具有流動性的諸如基於聚苯乙烯的樹脂、基於聚醯亞胺的樹脂、聚矽氧烷樹脂、基於丙烯酸的樹脂、基於環氧樹脂的樹脂或其共聚物樹脂的聚合物材料或者基於氧化矽或基於氮化矽的無機材料的層，然後，對所述層進行加熱、乾燥和烘烤。在本實施方式中，分隔圖案60和覆蓋層70a可包括相同的材料。因此，可不存在分隔圖案60和覆蓋層70a之間的邊界面。
參照圖4D，該方法可包括以下步驟：在覆蓋層70a上方形成遮罩圖案M。形成遮罩圖案M的步驟可包括：通過執行光刻製程來形成諸如光刻膠的聚合物有機材料層並對聚合物有機材料層加熱並使其按照半球形形狀回流。
然後，參照圖2A，該方法可包括以下步驟：通過執行回蝕製程來去除遮罩圖案M，從而形成微透鏡70。回蝕製程可包括用於去除遮罩圖案M的氧氣O2以及用於蝕刻覆蓋層70a的蝕刻氣體。蝕刻氣體可包括CF4 和CHF3 。例如，在回蝕製程中，可沿著遮罩圖案M的輪廓蝕刻覆蓋層70a。因此，微透鏡70可具有類似於遮罩圖案M的半球形形狀。通過回蝕製程，可在分隔圖案60的上部中形成凹槽65。凹槽65的下端可凹陷以低於濾色器50的頂表面。
基於另一實施方式的影像感測器的形成方法還可包括以下步驟：在形成微透鏡70之後參照圖2C形成防眩光層80。形成防眩光層80的步驟可包括：在微透鏡70上方適形地形成防眩光材料層，然後執行回蝕製程。通過回蝕製程，防眩光層80可在物理上彼此分離。
圖5A至圖5D是公開了基於實施方式的影像感測器的形成方法的縱向截面圖。
參照圖5A，基於實施方式的影像感測器的形成方法可包括以下步驟：在基板10中形成光二極體20；在基板10的第一表面（例如，頂表面）上方形成抗反射層30；以及在抗反射層30上方形成具有開口Op的柵格圖案40。
形成柵格圖案40的步驟可包括：通過執行沉積製程來在抗反射層30上形成柵格材料層，並通過執行光刻製程和構圖製程來對柵格材料層進行構圖。柵格圖案40可包括諸如鎢（W）的金屬。在俯視圖中，柵格圖案40可具有網格的形狀。開口Op可與光二極體20垂直對齊，並且可暴露抗反射層30的表面。
參照圖5B，該方法可包括以下步驟：在開口Op中形成濾色器50，並且形成覆蓋濾色器50的覆蓋層70a。
參照圖5C，該方法可包括以下步驟：在覆蓋層70a上形成遮罩圖案M。
參照圖5D，該方法可包括以下步驟：通過執行回蝕製程來形成微透鏡70。微透鏡70可具有類似於遮罩圖案M的半球形形狀。
此後，參照圖2D或圖2H，該方法可包括以下步驟：在微透鏡70上方形成防眩光層80。形成防眩光層80的步驟可包括：通過執行低溫氧化製程或低溫氧化物沉積製程和/或執行回蝕製程來在微透鏡70的表面上方形成共形氧化物層。例如，防眩光層80的中心部分的厚度可比其外側部分的厚度厚。防眩光層80可與微透鏡70協作增大或減小焦距。因此，可增大或減小影像感測器的光聚集強度，因此，根據影像感測器的像素的集成度的影像解析度可改善。
圖6A至圖6D是公開了基於實施方式的影像感測器的形成方法的縱向截面圖。
參照圖6A，基於實施方式的影像感測器的形成方法可包括以下步驟：在基板10中形成光二極體20；在基板10的第一表面上方形成抗反射層30；在抗反射層30上方形成具有開口Op的柵格圖案40；在開口Op中形成濾色器50；以及形成覆蓋濾色器50的分隔材料層60a。濾色器50可與柵格圖案40直接接觸。濾色器50可與柵格圖案40部分地在垂直方向交疊。分隔材料層60a可包括光敏聚合物有機材料（例如，光敏聚醯亞胺）。在另一實施方式中，分隔材料層60a可包括非光敏聚合物有機材料或者諸如氧化矽的無機材料。
參照圖6B，該方法可包括以下步驟：通過執行光刻製程和蝕刻製程來形成具有暴露濾色器50的頂表面的開口Op的分隔圖案60。在俯視圖中，分隔圖案60可具有與柵格圖案40交疊或設置在柵格圖案40上方的網格形式。
參照圖6C，該方法可包括以下步驟：形成填充開口Op並覆蓋分隔圖案60的覆蓋層70a。
參照圖6D，該方法可包括以下步驟：參照圖5C在覆蓋層70a上形成半球形遮罩圖案M，並且通過執行回蝕製程來形成微透鏡70。在此製程中，由於分隔圖案60的上部被部分地去除，可形成凹槽65。
此後，該方法可包括以下步驟：在微透鏡70上形成防眩光層80。
根據另一實施方式的影像感測器的形成方法可包括以下步驟：將分隔圖案60的側壁蝕刻為傾斜。
圖7A至圖7D是公開了基於實施方式的影像感測器的形成方法的縱向截面圖。
參照圖7A，根據實施方式的影像感測器的形成方法可包括以下步驟：在基板10中形成光二極體20；在基板10的頂表面上方形成抗反射層30；在抗反射層30上方形成柵格圖案40；以及形成覆蓋所暴露的抗反射層30和柵格圖案40的分隔材料層60a。分隔材料層60a可具有低於濾色器50的折射率。例如，分隔材料層60a可包括折射率為約1.3或更小的氧化矽。
參照圖7B，該方法可包括以下步驟：通過執行光刻製程和蝕刻製程對分隔材料層60a進行構圖。分隔材料層60a可被構圖成分隔圖案60。分隔圖案60可完全覆蓋並包圍柵格圖案40。例如，各個分隔圖案60可具有比柵格圖案寬的水平寬度以及比柵格圖案40高的垂直厚度（或高度）。分隔圖案60和柵格圖案40可按照網格形式設置，並且在俯視圖中分隔圖案60和柵格圖案50可完全交疊。分隔圖案60可限定選擇性地暴露抗反射層30的頂表面的開口Op。開口Op可與光二極體20垂直對齊。
參照圖7C，該方法可包括以下步驟：在由分隔圖案60限定的開口Op中形成濾色器50，並且在濾色器50和分隔圖案60上方形成覆蓋層70a。濾色器50的頂表面與分隔圖案60的頂表面可共面。在另一實施方式中，濾色器50的頂表面可被定位在與分隔圖案60的頂表面不同的位準處。覆蓋層70a可具有高於分隔圖案60的折射率。例如，覆蓋層70a可包括聚合物有機材料或者諸如氧化矽的無機材料，其折射率為約1.56或以上。在本實施方式中，覆蓋層70a可包括氧化矽。
參照圖7D，該方法可包括以下步驟：參照圖5C在覆蓋層70a上方形成半球形遮罩圖案M，並且通過執行回蝕製程形成微透鏡70。在此製程中，由於分隔圖案60的上部被部分地去除，可形成凹槽65。
此後，該方法可包括以下步驟：在微透鏡70上方形成防眩光層80。
根據另一實施方式的影像感測器的形成方法可包括以下步驟：將分隔圖案60的側壁蝕刻為傾斜。
圖8是示意性地示出包括基於各種實施方式的多個影像感測器中的一個的電子裝置900的圖。
參照圖8，包括基於實施方式的多個影像感測器中的至少一個的電子裝置900可包括能夠拍攝靜止影像或運動影像的相機。電子裝置900可包括光學系統（或光學透鏡）910、快門單元911、用於控制/驅動影像感測器800和快門單元911的驅動單元913以及訊號處理單元912。影像感測器800可包括根據各種實施方式的影像感測器100A至100P中的一個。
光學系統910可將來自物件的影像光（入射光）引導到影像感測器800的像素矩陣（參見圖1的標號810）。光學系統910可包括多個光學透鏡。快門單元911可控制影像感測器800的光照射時段和光遮蔽時段。驅動單元913可控制影像感測器800的透射操作和快門單元911的快門操作。訊號處理單元912對從影像感測器800輸出的訊號執行各種類型的訊號處理。訊號處理之後的影像訊號Dout可被儲存在諸如記憶體的儲存介質中，或者可被輸出到監視器等。
儘管出於例示性目的描述了各種實施方式，對於本領域技術人員而言將顯而易見的是，在不脫離以下請求項中限定的本發明的精神和範圍的情況下，可進行各種改變和修改。
100A~100P‧‧‧影像感測器
10‧‧‧基板
20‧‧‧光二極體
30‧‧‧抗反射層
40‧‧‧柵格圖案
50‧‧‧濾色器
60‧‧‧分隔圖案
60a‧‧‧分隔材料層
65‧‧‧凹槽
70‧‧‧微透鏡
70a‧‧‧覆蓋層
80‧‧‧防眩光層
800‧‧‧影像感測器
810‧‧‧像素矩陣
815‧‧‧上拉驅動器
820‧‧‧關聯雙重取樣器
830‧‧‧類比至數位轉換器
840‧‧‧緩衝器
850‧‧‧行驅動器
860‧‧‧定時產生器
870‧‧‧控制暫存器
880‧‧‧斜坡訊號產生器
900‧‧‧電子裝置
910‧‧‧光學系統
911‧‧‧快門單元
912‧‧‧訊號處理單元
913‧‧‧驅動單元
ADC‧‧‧類比至數位轉換器
CDS‧‧‧關聯雙重取樣器
Dout‧‧‧影像訊號
M‧‧‧遮罩圖案
Op‧‧‧開口
圖1是示出基於所公開的技術的實施方式的影像感測器的示意性方塊圖的示例；
圖2A至圖3H是示意性地示出基於所公開的技術的各種實施方式的影像感測器的縱向截面圖的示例；
圖4A至圖7D是示出形成基於所公開的技術的各種實施方式的影像感測器的示例性方法的示意性縱向截面圖的示例；
圖8是示出包括基於所公開的技術的各種實施方式的影像感測器的電子裝置的示意圖的示例。
無。

Claims (20)

  1. 一種影像感測器，該影像感測器包括： 基板； 形成在所述基板中的感光元件，各個感光元件回應光以生成感光電訊號； 抗反射層，該抗反射層形成在所述感光元件上方並被構造為減小光學反射以方便入射光通過所述抗反射層光學透射到所述感光元件； 濾色器，所述濾色器形成在所述抗反射層上方並被設置為在空間上分別與所述感光元件對應，各個濾色器被構造為選擇所述入射光中的指定顏色透射通過到對應感光元件； 分隔圖案，所述分隔圖案形成在所述抗反射層上方並被設置為在空間上分別與所述感光元件對應，以將所述感光元件上方的光接收區域分隔成單獨的多個光接收區域，各個分隔圖案包圍對應濾色器以與相鄰濾色器分離； 凹槽，所述凹槽形成在所述分隔圖案的上部中，並在相鄰分隔圖案之間提供氣隙；以及 微透鏡，所述微透鏡形成在所述分隔圖案和所述濾色器上方以分別將入射光通過所述濾色器引導到所述感光元件， 其中，所述微透鏡通過所述凹槽彼此分離。
  2. 如請求項1所述的影像感測器，其中，所述凹槽的下端凹陷以低於所述濾色器的頂表面。
  3. 如請求項1所述的影像感測器，其中，在俯視圖中，所述分隔圖案和所述凹槽按照彼此交疊的網格形式設置。
  4. 如請求項1所述的影像感測器，該影像感測器還包括： 防眩光層，所述防眩光層適形地形成在所述微透鏡的表面上以減少眩光並延伸以填充所述凹槽。
  5. 如請求項1所述的影像感測器，其中，所述分隔圖案包括折射率低於所述濾色器的聚合物有機材料或無機材料。
  6. 如請求項1所述的影像感測器，其中，所述微透鏡具有低於所述濾色器的折射率。
  7. 如請求項1所述的影像感測器，其中，所述分隔圖案具有低於所述微透鏡的折射率。
  8. 如請求項1所述的影像感測器，其中，所述分隔圖案和所述微透鏡包括相同的材料。
  9. 如請求項1所述的影像感測器，其中，所述分隔圖案的頂表面被定位在比所述濾色器的頂表面高的位準處。
  10. 如請求項1所述的影像感測器，該影像感測器還包括： 設置在所述抗反射層和所述分隔圖案之間的柵格圖案， 其中，所述柵格圖案包括金屬。
  11. 如請求項10所述的影像感測器，其中，在俯視圖中，所述柵格圖案、所述分隔圖案和所述凹槽按照彼此交疊的網格形式設置。
  12. 如請求項10所述的影像感測器，其中，所述分隔圖案具有大於所述柵格圖案的水平寬度以包圍所述柵格圖案的側表面。
  13. 如請求項1所述的影像感測器，其中，所述分隔圖案包括具有相對小的水平寬度的下部以及具有相對大的水平寬度的上部。
  14. 如請求項13所述的影像感測器，其中，所述分隔圖案的所述下部的寬度小於柵格圖案的寬度。
  15. 一種影像感測器，該影像感測器包括： 基板； 感光元件，所述感光元件設置在所述基板中以將光轉換為表示影像的感光訊號； 抗反射層，該抗反射層設置在所述基板上方以減少入射光的光學反射； 分隔圖案，所述分隔圖案設置在所述抗反射層上方； 濾色器，所述濾色器設置在多個所述分隔圖案之間以選擇所述入射光中的期望顏色通過所述濾色器以用於影像感測； 微透鏡，所述微透鏡設置在所述濾色器上方以引導入射光通過所述濾色器到達所述感光元件；以及 防眩光層，所述防眩光層是光學透明的並且形成在所述微透鏡的表面上方以減少眩光， 其中，所述分隔圖案具有低於所述濾色器的折射率。
  16. 如請求項15所述的影像感測器，該影像感測器還包括： 凹槽，所述凹槽形成在所述分隔圖案的上部中，並提供氣隙， 其中，多個所述微透鏡在物理上彼此分離，並且按照具有行和列的矩陣形狀設置，在俯視圖中所述微透鏡具有島形狀。
  17. 如請求項16所述的影像感測器，其中，所述凹槽的下端凹陷以低於所述濾色器的頂表面。
  18. 如請求項15所述的影像感測器，該影像感測器還包括： 柵格圖案，所述柵格圖案形成在所述抗反射層和所述分隔圖案之間，並且與所述分隔圖案在垂直方向交疊， 其中，所述分隔圖案包括聚合物有機材料或無機材料，並且 其中，所述柵格圖案包括金屬。
  19. 如請求項15所述的影像感測器，其中，所述分隔圖案包括折射率低於所述濾色器的聚合物有機材料或無機材料。
  20. 如請求項15所述的影像感測器，其中，所述分隔圖案具有低於所述微透鏡的折射率。
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