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CN108257999A - 图像传感器及形成图像传感器的方法 - Google Patents

图像传感器及形成图像传感器的方法 Download PDF

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CN108257999A
CN108257999A CN201810065919.7A CN201810065919A CN108257999A CN 108257999 A CN108257999 A CN 108257999A CN 201810065919 A CN201810065919 A CN 201810065919A CN 108257999 A CN108257999 A CN 108257999A
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CN
China
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image sensor
optical
layer
photodiode
light
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CN201810065919.7A
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内藤达也
黄晓橹
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Huaian Imaging Device Manufacturer Corp
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Abstract

本公开涉及一种图像传感器，包括：光电二极管；光学部，用于对所述图像传感器的入射光进行光学处理，所述光学部位于所述光电二极管之上，并且在与所述图像传感器的主表面平行的平面图中与所述光电二极管重合；以及空隙部，所述空隙部位于所述光学部的周围，并用于对所述图像传感器的入射光进行光隔离。本公开还涉及一种形成图像传感器的方法。本公开的技术方案能够抑制图像传感器中的光的串扰。

Description

图像传感器及形成图像传感器的方法
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，具体来说，涉及一种图像传感器及形成图像传感器的方法。
背景技术
在图像传感器中，光电二极管之间可能存在光的串扰。
因此，存在对新技术的需求。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种新的图像传感器及形成图像传感器的方法。
根据本公开的第一方面，提供了一种图像传感器，包括：光电二极管；光学部，用于对所述图像传感器的入射光进行光学处理，所述光学部位于所述光电二极管之上，并且在与所述图像传感器的主表面平行的平面图中与所述光电二极管重合；以及空隙部，所述空隙部位于所述光学部的周围，并用于对所述图像传感器的入射光进行光隔离。
根据本公开的第二方面，提供了一种形成图像传感器的方法，包括：在形成有光电二极管的半导体衬底上形成光学层，所述光学层能够对所述图像传感器的入射光进行光学处理；以及对所述光学层进行图案化处理，以在所述光学层中形成沿与所述图像传感器的主表面垂直的方向延伸的空隙部，所述空隙部在与所述主表面平行的平面图中与所述光电二极管周围的电隔离区域重合，其中，经所述图案化处理后的所述光学层形成光学部，所述光学部在与所述平面图中与所述光电二极管重合；以及所述空隙部用于对所述图像传感器的入射光进行光隔离。
根据本公开的第三方面，提供了一种形成图像传感器的方法，包括：在形成有光电二极管的半导体衬底上形成光学部，相邻的所述光学部之间存在空隙部，所述光学部能够对所述图像传感器的入射光进行光学处理，其中，所述空隙部沿所述光学部的侧壁并沿与所述图像传感器的主表面垂直的方向延伸，并在与所述主表面平行的平面图中与所述光电二极管周围的电隔离区域重合，并且，所述空隙部用于对所述图像传感器的入射光进行光隔离。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1是示意性地示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的结构的示意图。
图2a和图2b是图1中的光传播路径示意图。
图3是示意性地示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的结构的示意图。
图4a和图4b是图3中的光传播路径示意图。
图5是示意性地示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的结构的示意图。
图6是示意性地示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的结构的示意图。
图7是示意性地示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的结构的示意图。
图8是示意性地示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的结构的示意图。
图9是示意性地示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的结构的示意图。
图10是示意性地示出根据本公开的一个实施例的图像传感器的结构的示意图。
图11至13是分别示出了在根据本公开一个示例性实施例来形成图像传感器的一个方法示例的各个步骤处的图像传感器的截面的示意图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
在本公开中，对“一个实施例”、“一些实施例”的提及意味着结合该实施例描述的特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例、至少一些实施例中。因此，短语“在一个实施例中”、“在一些实施例中”在本公开的各处的出现未必是指同一个或同一些实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以任何合适的组合和/或子组合来组合特征、结构或特性。
在一些实施例中，本公开的图像传感器包括光电二极管10、光学部20、以及空隙部30。其中，光学部20位于光电二极管10之上，并在与图像传感器的主表面平行的平面图中与光电二极管10重合。虽然附图中所示的例子中，光学部20与光电二极管10在平面图中是完全重合的，但本领域技术人员可以理解，本公开中光学部20与光电二极管10在平面图中的重合包括部分重合和完全重合，光学部20与光电二极管10在平面图中的面积也可以不同。光学部20用于对光电二极管10的入射光进行光学处理，光学处理包括改变光的传输路径、对光进行过滤等。
空隙部30位于光学部20的周围，空隙部30在与图像传感器的主表面平行的平面图中与光电二极管10周围的电隔离区域40重合。虽然附图中所示的例子中，空隙部30与电隔离区域40在平面图中是完全重合的，但本领域技术人员可以理解，本公开中空隙部30与电隔离区域40在平面图中的重合包括部分重合和完全重合，空隙部30与电隔离区域40在平面图中的面积也可以不同。
空隙部30用于对光电二极管10的入射光进行光隔离，即将当前的光电二极管10的入射光与邻近的光电二极管10的入射光隔离开。空隙部30的内部没有固态或液态的填充物，即空隙部30的内部为真空或气体(例如可能是制造图像传感器的处理环境(例如操作腔室)中的气体、或者是使用图像传感器的环境中的气体)。空隙部30顶部可以为敞口状(如图1、3、5至10所示)，也可以为封口状(如图13所示)，本公开并不作限制，只要空隙部30的内部为真空或气体即可。真空的折射率为1，空气以及常见气体的折射率都非常接近1，因此，本文在涉及具体数值的描述中，均将空隙部30的折射率描述为1。
由于光学部20的折射率大于空隙部30的折射率，因此，当有光(例如图1中带箭头的虚线A、B所示意性示出的)试图从光学部20进入空隙部30(从而可能进入邻近的光电二极管10)时，即光试图从光密介质进入光疏介质，若其入射角大于临界角，则在光在光学部20与空隙部30的交界面上发生全反射，因而该光不会继续向空隙部30传播，而是被反射回光学部20中，从而该光不会进入邻近的光电二极管10，如图1所示。
空隙部30对光电二极管10的入射光进行光隔离的原理如图2a和图2b所示。参见图2a，P1示意性地代表图1中光学部20与左侧空隙部30的交界面，光线A在点O1处到达交界面P1，点O1处的法线为N1，光线A的入射角为i1、反射角为r1。光线A在光学部20中向着交界面P1传播，试图进入空隙部30从而进入邻近的光电二极管10。若交界面P1的右侧的光学部20的折射率为n1、左侧的空隙部30的折射率为n2，则根据斯涅尔定律(Snell's Law)，光线从光学部20进入空隙部30时发生全反射的临界角若光线A的入射角i1大于临界角θc，则光线A不会进入到空隙部30，而是被交界面P1全反射而回到光学部20中，最终进入当前的光电二极管10而不会进入邻近的其他光电二极管10。参见图2b，P2示意性地代表图1中光学部20与右侧空隙部30的交界面，光线B在点O2处到达交界面P2，点O2处的法线为N2，光线B的入射角为i2、反射角为r2。由于图2b示出的原理与图2a中的类似，故省略其描述。
由于光线从光学部20进入空隙部30时发生全反射的临界角当光的入射角大于临界角θc时发生全反射，其中n1为光学部20的折射率，n2为空隙部30的折射率。如前文所述，空隙部30的折射率n2为1，因此，适当调整光学部20的折射率n1，例如使光学部20的折射率n1在合适的范围内尽量得大，可以获得尽量小的临界角θc，使得绝大部分光在到达光学部20与空隙部30的交界面时都会被反射回到光学部20中，从而尽量好地达到抑制光的串扰的技术效果。
在目前的实际应用中，光学部20(例如后文所描述的滤光器21、中间层22、和微透镜23等)的折射率n1通常大约在1.5到1.8范围内，按照上述公式计算出的临界角θc大约在33.7度到41.8度范围内。由于入射光只是从图像传感器的上方进入光学部20，在光学部20与空隙部30的交界面处的入射光来自于正上方或斜上方，因此，绝大部分光的入射角均大于临界角θc，因此，本公开的技术方案应用在现有的图像传感器中也能够达到技术效果。当然，如前所示，本领域技术人员可以在适当的范围内进一步增大光学部20的折射率(例如，改变光学部20的材料或者掺入杂质等)以进一步地减小光学部20，从而达到更好地技术效果。
本公开的图像传感器的空隙部30沿光学部20的侧壁、并沿与图像传感器的主表面垂直的方向延伸。在一些实施例中，如图1所示，空隙部30的侧壁垂直于或基本垂直于图像传感器的主表面。在一些实施例中，空隙部30的侧壁具有斜度，该斜度的倾斜方向如图3所示，使得空隙部30的底部的尺寸小于空隙部30的顶部的尺寸。如此，相比于图1所示的结构，当光线在光学部20中的传播方向相同时，光线到达光学部20与空隙部30的交界面时的入射角(入射光线与法线的夹角)增大了，这更有利于全反射现象的发生，从而更有利于抑制光的串扰。本领域技术人员可以理解，图3中示出的空隙部30的倾斜的侧壁，只是为了示意性地示出该侧壁倾斜的方向，即自上而下地向着空隙部30的中心倾斜，而并不限制空隙部30的侧壁的倾斜角度。
在这些实施例中，光学部20与空隙部30的交界面处的光的传播路径的示意图如图4a和图4b所示。参见图4a，P3示意性地代表图3中光学部20与左侧空隙部30的交界面，交界面P3自上而下地向左倾斜，光线C在点O3处到达交界面P3，点O3处的法线为N3，光线C的入射角为i3、反射角为r3。由于交界面P3自上而下地向左倾斜，则法线N3相比于法线N1自左而右地向下倾斜，因此，当光线C与光线A的方向相同时，光线C与法线N3的夹角大于光线A与法线N1的夹角，即入射角i3大于入射角i1。参见图4b，P4示意性地代表图3中光学部20与右侧空隙部30的交界面，交界面P4自上而下地向右倾斜，光线D在点O4处到达交界面P4，点O4处的法线为N4，光线D的入射角为i4、反射角为r4。由于交界面P4自上而下地向右倾斜，则法线N4相比于法线N2自右而左地向下倾斜，因此，当光线D与光线B的方向相同时，光线D与法线N4的夹角大于光线B与法线N2的夹角，即入射角i4大于入射角i2。因此，在这些实施例中，空隙部30的侧壁的斜度使得入射光线的入射角大于临界角的概率增大，即发生全反射的概率增大，进一步降低了光电二极管之间发生光的串扰的可能。
在一些实施例中，空隙部30的底部低于光学部20的底部或与光学部20的底部平齐。相比于空隙部30的底部高于光学部20的底部的情况，即空隙部30的深度小于光学部20的深度的情况，这些实施例中的图像传感器，其光学部20在其整个深度范围内，其侧壁均能够反射光。
在一些实施例中，本公开的图像传感器还包括位于光电二极管10和光学部20之间的间隔层50(参见图8至10)。间隔层50可以是具有任何合适功能的层，例如间隔层50可以是平坦化层、钝化层、抗反射层、和/或高介电常数层等，本领域技术人员可以根据实际应用进行选择。在一些实施例中，空隙部30的底部低于间隔层50的底部或与间隔层50的底部平齐，如图9所示。如此，可以使得间隔层50在其整个深度范围内都具有能够反射光的侧壁，从而使得透过光学部20的光不会穿过间隔层50而进入邻近的光电二极管10。
在一些实施例中，如图5、6、8至13所示，光学部20包括微透镜23和滤光器21，以及位于微透镜23和滤光器21之间的中间层22。微透镜23用于将入射光汇聚，滤光器21用于对光进行过滤(例如，过滤出特定波长范围的光)，中间层22例如可以是填充层等。在图5所示的实施例中，空隙部30沿微透镜23、中间层22以及滤光器21的侧壁在垂直方向上延伸，使得微透镜23、中间层22和滤光器21均具有能够反射光的侧壁。
在图6所示的实施例中，空隙部30仅沿中间层22和滤光器21的侧壁在垂直方向上延伸，微透镜23形成在相邻的空隙部30之间但与空隙部30无交界面，在这种情况下，仅有中间层22和滤光器21具有能够反射光的侧壁，而微透镜23不具有，但这仍然能够实现本公开的抑制光的串扰的技术效果。
在图7所示的实施例中，该图像传感器不具有滤光器21，因此也不具有位于滤光器21和微透镜23之间的中间层22。这种情况下，空隙部30仅沿微透镜23的侧壁在垂直方向上延伸，微透镜23因此而具有能够反射光的侧壁，即与空隙部30的交界面，从而能够实现本公开的抑制光的串扰的技术效果。
在一些实施例中，如图8至10所示，光学部20还包括位于光学部20的上部的抗反射层24。在这些实施例中，空隙部30不仅沿光学部20的其他部分(例如微透镜23、中间层22、和滤光器21等)的侧壁在垂直方向上延伸，还沿抗反射层24的侧壁在垂直方向上延伸，即使得反射层24和光学部20的其他部分均具有能够反射光的侧壁。本领域技术人员可以理解，尽管图8至10中示出的图像传感器的光学部20除了抗反射层24之外的其他部分为微透镜23、中间层22和滤光器21，但光学部20的其他部分可以包括比图中示出的更多或更少的部分，本领域技术人员可以根据实际应用进行选择。
在一些实施例中，图像传感器还包括位于光学部20的侧壁的反射层60，如图10所示。反射层60能够将到达其表面的光进行反射。在这些实施例中，在光学部20(在图10所示的实施例中包括滤光器21、中间层22、微透镜23和抗反射层24)中传播并穿过光学部20的侧壁到达反射层60的表面的一部分光会被反射层60反射回到光学部20中，并最终到达当前的光电二极管10；到达反射层60的表面的另一部分光会穿过反射层60的表面继续在反射层60中传播，这些光在到达反射层60与空隙部30的交界面时，由于固态的反射层60的折射率大于空隙部30的折射率，这些光在反射层60与空隙部30的交界面处可能发生全反射，从而被反射回到光学部20中，并最终到达当前的光电二极管10。如此，可以避免当前的光电二极管10的入射光进入到邻近的光电二极管10而造成光的串扰。
适当地选择反射层60的材料的反射率，能够使得绝大部分光在到达反射层60的表面时被反射回到光学部20中；并且适当地选择反射层60的材料的折射率，能够尽量地减小反射层60与空隙部30的交界面处的全反射的临界角，从而使得穿过反射层60的表面而在反射层60中传播的一小部分光，在到达反射层60与空隙部30的交界面时尽量多地被反射回到光学部20中，从而尽量好地达到抑制光的串扰的技术效果。
下面参照图11和12来描述根据本公开的一些实施例的形成图像传感器的方法。在这些实施例中，本公开的形成图像传感器的方法包括：
如图11所示，在形成有光电二极管10的半导体衬底SUB上形成光学层OL，光学层OL能够对图像传感器的入射光进行光学处理(例如，改变光的传输路径、对光进行过滤等)；以及
如图12所示，对光学层OL进行图案化处理(例如，通过光刻加刻蚀处理进行图案化处理)，以在光学层OL中形成沿与图像传感器的主表面垂直的方向延伸的空隙部30，空隙部30在与主表面平行的平面图中与光电二极管10周围的电隔离区域40重合。其中，经图案化处理后的光学层OL形成光学部20，光学部20在与平面图中与光电二极管10重合。
在图10和11所示的根据这些实施例的本公开的形成图像传感器的方法中，在形成有光电二极管10的半导体衬底SUB上形成光学层OL包括：在形成有光电二极管10的半导体衬底SUB上形成滤光器层(图案化处理之后形成滤光器21)；在滤光器层上形成中间层(图案化处理之后形成中间层22)；以及在中间层上形成微透镜层(图案化处理之后形成微透镜23)。如此形成的图像传感器中的光学部20包括微透镜23和滤光器21，以及位于微透镜23和滤光器21之间的中间层22。其中，微透镜23用于将入射光汇聚，滤光器21用于对光进行过滤(例如，过滤出特定波长范围的光)，中间层22例如可以是填充层等。
形成的空隙部30沿光学部20的侧壁在垂直方向上延伸，用于对图像传感器的入射光进行光隔离，即将当前的光电二极管10的入射光与邻近的光电二极管10的入射光隔离开。空隙部30为真空或气体形成，其折射率为1；光学部20为固体，其折射率大于1。因此，当光从光学部20的内部到达光学部20与空隙部30的交界面时，若其入射角大于临界角则会发生全反射，使得光被反射回到光学部20中，从而不会进入邻近的光电二极管10。
在一些实施例中，控制形成空隙部30的工艺条件，例如控制刻蚀停止的位置(例如通过控制刻蚀处理的时间、或者通过刻蚀停止层等)，以使得空隙部30的底部低于光学层OL的底部或与光学层OL的底部平齐。从而在光学部20的整个深度范围内，光学部20的侧壁均能够反射光。
在一些实施例中，例如光学部20与半导体衬底SUB之间存在间隔层50的情况(如图8至10所示的图像传感器)，上述方法中的在形成有光电二极管10的半导体衬底SUB上形成光学层OL包括：在半导体衬底SUB上形成间隔层50；以及在间隔层50上形成光学层OL。间隔层50可以是具有任何合适功能的层，例如间隔层50可以是平坦化层、钝化层、抗反射层、和/或高介电常数层等，本领域技术人员可以根据实际应用进行选择。在一些实施例中，空隙部30的底部高于间隔层50的底部，如图8、10所示；或者，间隔层50的一部分(例如上部)被刻蚀掉以形成空隙部30的一部分(图中未示出)。如此，即使在空隙部30的下方也能够保留完整的间隔层50或者间隔层50的一部分，使得间隔层50在空隙部30的下方也能够发挥其功能。在一些实施例中，空隙部30的底部与间隔层50的底部平齐，如图9所示；或者，空隙部30的底部低于间隔层50的底部，即半导体衬底SUB(例如光电二极管10周围的电隔离区域40)的一部分(例如上部)被刻蚀掉以形成空隙部30的一部分(图中未示出)。如此，可以使得间隔层50在其整个深度范围内都具有能够反射光的侧壁，从而使得透过光学部20的光不会穿过间隔层50而进入邻近的光电二极管10。
在一些实施例中，本公开的形成图像传感器的方法形成的图像传感器中的光学部20如图3所示。在这些实施例中，本公开的方法形成的图像传感器中的空隙部30的侧壁具有斜度，该斜度的倾斜方向如图3所示，使得空隙部30的底部的尺寸小于空隙部30的顶部的尺寸。如此，相比于空隙部30具有垂直侧壁的结构，当光线在光学部20中的传播方向相同时，光线到达光学部20与空隙部30的交界面时的入射角(入射光线与法线的夹角)增大了，这更有利于全反射现象的发生，从而更有利于抑制光的串扰。这种具有倾斜的侧壁的结构，可以在对光学层OL进行图案化处理的刻蚀处理中，控制刻蚀的侧墙的斜度，从而形成具有倾斜侧壁的空隙部30。
在一些实施例中，本公开的形成图像传感器的方法形成的图像传感器中的光学部20如图8至10所示。在这些实施例中，在形成有光电二极管10的半导体衬底SUB上形成光学层OL包括：在形成有光电二极管10的半导体衬底SUB上形成滤光器层(图案化处理之后形成滤光器21)；在滤光器层上形成中间层(图案化处理之后形成中间层22)；在中间层上形成微透镜层(图案化处理之后形成微透镜23)；以及在微透镜层上形成抗反射层(图案化处理之后形成抗反射层24)。在光学层OL形成之后，在将整个光学层OL进行图案化处理，例如通过光刻和刻蚀处理形成位于光电二极管10周围的电隔离区域40之上的凹槽，从而相邻的凹槽之间的光学层OL的部分形成为光学部20，凹槽形成为空隙部30。在这些实施例中，本公开的方法形成的图像传感器中的空隙部30不仅沿光学部20的其他部分(例如微透镜23、中间层22、和滤光器21等)的侧壁在垂直方向上延伸，还沿抗反射层24的侧壁在垂直方向上延伸，即使得反射层24和光学部20的其他部分均具有能够反射光的侧壁。
在一些实施例中，本公开的形成图像传感器的方法在经过图案化处理的光学层OL上形成(例如通过沉积处理)抗反射层24，如图13所示。由于是在对光学层OL进行了图案化处理之后再在光学部20的上部形成抗反射层24的，即在通过光刻和刻蚀处理形成了空隙部30之后才通过沉积等处理形成抗反射层24，因此，会有部分形成抗反射层24的材料沉积在光学部20的侧壁(如图13中光学部20的侧壁上的黑色填充部分所示)或空隙部30的底部(图中未示出)上。抗反射层24的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。通常形成抗反射层24的这些材料折射率略微小于形成光学部20(例如滤光器21)的材料的折射率。例如，形成滤光器21的材料的折射率大约为1.5到1.8范围内，形成抗反射层24的材料的折射率大约为1.5，因此，相比于光学部20的侧壁上没有其他材料的技术方案，沉积到光学部20的侧壁上的抗反射层24会使得全反射(该全反射发生在抗反射层24与空隙部30的交界面上)的技术效果有轻微的降低。即使如此，抗反射层24的折射率仍然比空隙部30的折射率大得多，因此，该技术方案仍然能够达到本公开的技术效果。
尽管如此，为了避免前面结合图13所述的这种技术方案导致的技术效果的轻微的降低，一种可行的方案是如上所述，在形成了抗反射层24之后在对光学层OL进行图案化处理以形成空隙部30。其他可行的方案是在形成抗反射层24的处理中进行低覆盖(lowcoverage)的沉积处理，例如通过控制空隙部30的宽度(宽度越窄则对光学部20的侧壁和空隙部30的底部的覆盖率越低)、和/或控制沉积处理的条件等，从而实现非保形沉积以尽量减少沉积到光学部20的侧壁和空隙部30的底部的抗反射层24的材料，以避免全反射效果的轻微的降低。
在一些实施例中，本公开的形成图像传感器的方法在形成空隙部30之后还可以包括在光学部的侧壁上形成反射层60。使用这些实施例中的方法形成的图像传感器的结构如图10所示。反射层60能够将到达其表面的光进行反射。在这些实施例中，在光学部20(在图10所示的实施例中包括滤光器21、中间层22、微透镜23和抗反射层24)中传播并穿过光学部20的侧壁到达反射层60的表面的一部分光会被反射层60反射回到光学部20中，并最终到达当前的光电二极管10；到达反射层60的表面的另一部分光会穿过反射层60的表面继续在反射层60中传播，这些光在到达反射层60与空隙部30的交界面时，由于固态的反射层60的折射率大于空隙部30的折射率，这些光在反射层60与空隙部30的交界面处可能发生全反射，从而被反射回到光学部20中，并最终到达当前的光电二极管10。如此，可以避免当前的光电二极管10的入射光进入到邻近的光电二极管10而造成光的串扰。
在一些实施例中，本公开的形成图像传感器的方法还可以是直接形成相互间隔开的光学部20。在这些实施例中，本公开的形成图像传感器的方法包括：在形成有光电二极管10的半导体衬底SUB上形成光学部20，相邻的光学部20之间并不互相接触，即存在空隙部30。其中，光学部20能够对图像传感器的入射光进行光学处理，其中，空隙部30沿光学部20的侧壁并沿与图像传感器的主表面垂直的方向延伸，并在与主表面平行的平面图中与光电二极管10周围的电隔离区域40重合，并且，空隙部30用于对图像传感器的入射光进行光隔离。在这些实施例中，并不是像在以上描述的方法中的那样先形成光学层OL再进行图案化处理已形成光学部20和空隙部30，而是直接形成不互相接触(即相互间隔开)的各个光学部20。例如，可以通过遮挡部分区域之后再进行光学部20的材料的沉积，从而形成相互间隔开的光学部20，即在形成光学部20的同时形成了空隙部30。
虽然本公开的附图5至13中空隙部30的侧壁均为垂直侧壁，但本领域技术人员可以理解，本公开所述各实施例中的空隙部30的侧壁均可以为图3所示的倾斜侧壁。
虽然本公开的附图中仅以截面图的形式示意性地示出了像素区的图像传感器的结构，本领域技术人员基于本公开记载的内容能够得到本公开所涉及的图像传感器整体的结构和形成方法。
本公开中所描述的第一光传播介质的侧壁能够反射光，包括光在到达第一光传播介质的该侧壁时，即到达了第一光传播介质与第二光传播介质的交界面，从而由于全反射现象的产生，光被第一光传播介质的侧壁所反射。
在说明书及权利要求中的词语“A或B”包括“A和B”以及“A或B”，而不是排他地仅包括“A”或者仅包括“B”，除非另有特别说明。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在下面描述中使用某种术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
光电二极管；
光学部，用于对所述图像传感器的入射光进行光学处理，所述光学部位于所述光电二极管之上，并且在与所述图像传感器的主表面平行的平面图中与所述光电二极管重合；以及
空隙部，所述空隙部位于所述光学部的周围，并用于对所述图像传感器的入射光进行光隔离。
2.根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述空隙部的全部或部分为真空或气体。
3.根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述空隙部在与所述主表面平行的平面图中与所述光电二极管周围的电隔离区域重合。
4.根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述空隙部沿所述光学部的侧壁、并沿与所述主表面垂直的方向延伸。
5.根据4所述的图像传感器，其特征在于，所述空隙部的侧壁具有斜度，所述斜度使得所述空隙部的底部的尺寸小于所述空隙部的顶部的尺寸。
6.根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述空隙部的底部低于所述光学部的底部或与所述光学部的底部平齐。
7.根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：
间隔层，所述间隔层位于所述光电二极管和所述光学部之间，
其中，所述空隙部的底部低于所述间隔层的底部或与所述间隔层的底部平齐。
8.根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述光学部包括微透镜和滤光器，以及位于所述微透镜和所述滤光器之间的中间层。
9.根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述光学部还包括位于所述光学部的上部的抗反射层。
10.根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括位于所述光学部的侧壁的反射层。
11.一种形成图像传感器的方法，其特征在于，包括：
在形成有光电二极管的半导体衬底上形成光学层，所述光学层能够对所述图像传感器的入射光进行光学处理；以及
对所述光学层进行图案化处理，以在所述光学层中形成沿与所述图像传感器的主表面垂直的方向延伸的空隙部，所述空隙部在与所述主表面平行的平面图中与所述光电二极管周围的电隔离区域重合，
其中，
经所述图案化处理后的所述光学层形成光学部，所述光学部在与所述平面图中与所述光电二极管重合；以及
所述空隙部用于对所述图像传感器的入射光进行光隔离。
12.根据11所述的方法，其特征在于，所述空隙部的底部低于所述光学层的底部或与所述光学层的底部平齐。
13.根据11所述的方法，其特征在于，在形成有光电二极管的半导体衬底上形成光学层包括：
在所述半导体衬底上形成间隔层；以及
在所述间隔层上形成所述光学层，
其中，所述空隙部的底部低于所述间隔层的底部或与所述间隔层的底部平齐。
14.根据11所述的方法，其特征在于，在形成有光电二极管的半导体衬底上形成光学层包括：
在形成有光电二极管的半导体衬底上形成滤光器层；
在所述滤光器层上形成中间层；以及
在所述中间层上形成微透镜层。
15.根据14所述的方法，其特征在于，在形成有光电二极管的半导体衬底上形成光学层还包括：
在所述微透镜层上形成抗反射层。
16.根据11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在经过图案化处理的所述光学层上形成抗反射层。
17.根据11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述光学部的侧壁上形成反射层。
18.一种形成图像传感器的方法，其特征在于，包括：
在形成有光电二极管的半导体衬底上形成光学部，相邻的所述光学部之间存在空隙部，所述光学部能够对所述图像传感器的入射光进行光学处理，
其中，所述空隙部沿所述光学部的侧壁并沿与所述图像传感器的主表面垂直的方向延伸，并在与所述主表面平行的平面图中与所述光电二极管周围的电隔离区域重合，并且，所述空隙部用于对所述图像传感器的入射光进行光隔离。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
光电二极管；
光学部，用于对所述图像传感器的入射光进行光学处理，所述光学部位于所述光电二极管之上，并且在与所述图像传感器的主表面平行的平面图中与所述光电二极管重合；以及
空隙部，所述空隙部位于所述光学部的周围，并用于对所述图像传感器的入射光进行光隔离。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述空隙部的全部或部分为真空或气体。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述空隙部在与所述主表面平行的平面图中与所述光电二极管周围的电隔离区域重合。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述空隙部沿所述光学部的侧壁、并沿与所述主表面垂直的方向延伸。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述空隙部的侧壁具有斜度，所述斜度使得所述空隙部的底部的尺寸小于所述空隙部的顶部的尺寸。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述空隙部的底部低于所述光学部的底部或与所述光学部的底部平齐。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：
间隔层，所述间隔层位于所述光电二极管和所述光学部之间，
其中，所述空隙部的底部低于所述间隔层的底部或与所述间隔层的底部平齐。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光学部包括微透镜和滤光器，以及位于所述微透镜和所述滤光器之间的中间层。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光学部还包括位于所述光学部的上部的抗反射层。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括位于所述光学部的侧壁的反射层。
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