CN114079755B

CN114079755B - 图像感测装置

Info

Publication number: CN114079755B
Application number: CN202110302106.7A
Authority: CN
Inventors: 吴先镐
Original assignee: SK Hynix Inc
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 2020-08-12
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2024-04-05
Anticipated expiration: 2041-03-22
Also published as: US20220052089A1; CN114079755A; KR20220020587A; US11923388B2

Abstract

一种图像感测装置包括：半导体基板；多个光电转换元件，其由半导体基板支撑，每个光电转换元件被配置为通过执行对入射光的光电转换来生成与入射光相对应的电信号；多个滤色器，其设置在半导体基板上，以对要由光电转换元件接收的入射光进行过滤，每个滤色器被配置为允许具有特定颜色的光通过；以及栅格结构，其设置在滤色器之间，并且被构造为包括具有基于相邻滤色器的颜色的形状的不对称侧壁。

Description

图像感测装置

技术领域

本专利文件中公开的技术和实施方式总体上涉及图像感测装置。

背景技术

图像感测装置用于电子装置中以将光学图像转换成电信号。随着汽车、医疗、计算机和通信行业的最新发展，在诸如数码相机、便携式摄像机、个人通信系统(PCS)、视频游戏机、监控摄像机、医疗微型摄像机、机器人等的各种电子装置中，对高度集成的高性能图像传感器的需求迅速增长。

发明内容

所公开技术的各个实施方式涉及一种用于校正滤色器的颜色之间的灵敏度差异以更容易地实现高动态范围(HDR)的图像感测装置。

根据所公开技术的一个实施方式，图像感测装置可以包括：半导体基板；多个光电转换元件，所述多个光电转换元件由半导体基板支撑，每个光电转换元件被配置为通过执行对入射光的光电转换来生成与入射光相对应的电信号；多个滤色器，所述多个滤色器设置在半导体基板上，以对要由光电转换元件接收的入射光进行过滤，每个滤色器被配置为允许具有特定颜色的光通过；以及栅格结构，其设置在滤色器之间，并且被构造为包括具有基于相邻滤色器的颜色的形状的不对称侧壁。

根据所公开技术的另一实施方式，图像感测装置可以包括：滤色器层，其包括被配置为允许特定颜色的光通过的多个滤色器；以及栅格结构，其设置在滤色器之间。多个滤色器可以包括具有第一尺寸的第一滤色器和具有大于第一尺寸的第二尺寸的第二滤色器。栅格结构可以包括：第一栅格结构，其被布置为与第一滤色器接触并且配置为具有第一宽度；以及第二栅格结构，其被布置为与第二滤色器接触并且被配置为具有小于第一宽度的第二宽度。这里，第一栅格结构具有不对称侧壁。

应当理解，所公开技术的前述一般描述和以下详细描述都是说明性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的本公开的进一步解释。

附图说明

当结合附图考虑时，参照以下详细描述，所公开技术的上述和其它特征以及有益方面将变得显而易见。

图1是示出基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置的示例布局的示意图。

图2A是示出基于所公开技术的一些实施方式的沿图1所示的线X1-X1’截取的像素阵列的示例的截面图。

图2B是示出基于所公开技术的一些实施方式的沿图1所示的线Y1-Y1’截取的像素阵列的示例的截面图。

图3A至图3E是示出基于所公开技术的一些实施方式的用于形成图2A所示的结构的工艺的示例的截面图。

图4是示出基于所公开技术的一些实施方式的像素阵列的平面布置结构的平面图。

图5A是示出基于所公开技术的一些实施方式的沿图4所示的线X2-X2’截取的像素阵列的示例的截面图。

图5B是示出基于所公开技术的一些实施方式的沿图4所示的线Y2-Y2’截取的像素阵列的示例的截面图。

图5C是示出基于所公开技术的一些实施方式的沿图4所示的线X3-X3’截取的像素阵列的示例的截面图。

图6是示出基于所公开技术的一些实施方式的其中图5C所示的栅格结构以空气栅格的形状形成的情况的示例的截面图。

具体实施方式

本专利文件提供了图像感测装置的实施方式和示例，并且所公开的特征可以被实施以在特定成像应用中实现一个或更多个优点。所公开技术的一些实施方式提出了可以校正滤色器的颜色之间的灵敏度(sensitivity)差异从而更容易地实现高动态范围(HDR)的图像感测装置的设计。所公开技术提供了可以用于使用栅格结构(grid structure)来校正滤色器的颜色之间的灵敏度差异，并且因此可以使用栅格结构更容易地实现高动态范围(HDR)的图像感测装置的各种实施方式。

现在将详细参照特定实施方式，其示例在附图中示出。只要可能，相同的附图标记将在所有附图中用于指代相同或相似的部件。在以下描述中，将省略对在此并入的相关已知配置或功能的详细描述，以避免使主题变得模糊。

图1是示出基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置的示例的框图。

参照图1，图像感测装置可以包括像素阵列100、相关双采样器(CDS)200、模数转换器(ADC)300、缓冲器400、行驱动器500、定时发生器600、控制寄存器700和斜坡信号发生器800。

像素阵列100可以包括以二维(2D)结构连续布置的多个单位像素(unit pixel)(PX)，其中，单位像素(PX)沿X轴方向和与X轴方向垂直的Y轴方向布置。每个单位像素(PX)可以通过对从外部接收的入射光的光电转换来生成与入射光相对应的电信号(即，像素信号)，并且可以通过列线将像素信号输出到相关双采样器(CDS)200。多个单位像素(PX)可以包括以Bayer图案(pattern)布置的红色(R)滤色器、绿色(G)滤色器和蓝色(B)滤色器。可以在相邻的滤色器之间形成栅格结构，以使得栅格结构能够防止相邻的滤色器之间的串扰。在一些实施方式中，可以根据滤色器的颜色以具有不同结构的不对称结构形成栅格结构。稍后将给出对栅格结构的详细说明。

如上所述，每个单位像素PX可以将像素信号输出到相关双采样器(CDS)200。CMOS图像传感器可以使用相关双采样(CDS)，从而通过对像素信号采样两次以去除这两次采样之间的差来去除不想要的像素偏移值。在一个示例中，相关双采样(CDS)可以通过比较在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不想要的像素的偏移值，从而可以仅测量基于入射光的像素输出电压。在所公开技术的一些实施方式中，相关双采样器(CDS)200可以依次采样并保持从像素阵列100被提供给多条列线中的每一条的参考信号和图像信号的电压电平。例如，相关双采样器(CDS)200可以响应于从定时发生器600接收的时钟信号来执行对所接收到的像素信号的电压电平和参考电压电平的采样，并且可以将与所接收到的像素信号的电压电平和参考电压电平之间的差相对应的模拟信号发送到模数转换器(ADC)300。

模数转换器(ADC)300可以用于将模拟CDS信号转换为数字信号。在一些实施方式中，ADC 300可以被实现为斜坡比较型ADC。斜坡比较型ADC可以包括比较器电路和计时器，比较器电路用于将模拟像素信号与诸如斜坡上升或斜坡下降的斜坡信号的参考信号进行比较，并且计时器进行计数直到斜坡信号的电压与模拟像素信号匹配为止。在所公开技术的一些实施方式中，ADC 300可以将由CDS 200针对每一列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 300可以基于针对每个列的相关双采样信号和从斜坡信号发生器800接收的斜坡信号来执行计数操作和计算操作。以这种方式，当生成数字图像数据时，ADC 300可以消除或减少由成像像素引起的诸如复位噪声的噪声。

ADC 300可以包括多个列计数器(column counter)。像素阵列100的每一列联接到列计数器，并且可以通过使用列计数器将从每列接收的相关双采样信号转换为数字信号来生成图像数据。在所公开技术的另一实施方式中，ADC 300可以包括全局计数器，以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。

缓冲器400可以暂时保持或锁存从模数转换器(ADC)300接收的各个数字信号中的每一个，可以感测或检测并放大各个数字信号中的每一个，并且可以输出各个经放大的数字信号中的每一个。因此，缓冲器400可以包括存储器(未示出)和感测放大器(未示出)。存储器可以存储计数值，并且计数值可以与多个单位像素PX的输出信号相关联。感测放大器可以感测并放大从存储器接收的每个计数值。

响应于定时发生器600的输出信号，行驱动器500可以用于驱动像素阵列100。在一些实施方式中，行驱动器500可以选择布置在像素阵列100的一个或更多个行中的一个或更多个成像像素。行驱动器500可以生成行选择信号以选择多个行当中的一个或更多个行。行解码器500可以依次启用(enable)用于将与至少一个所选行相对应的成像像素复位的像素复位信号，以及与所述至少一个所选行相对应的像素的传输信号。

定时发生器600可以生成定时信号来控制行驱动器500、相关双采样器(CDS)200、模数转换器(ADC)300和斜坡信号发生器800。

控制寄存器700可以生成控制信号以控制斜坡信号发生器800、定时发生器600和缓冲器400。

斜坡信号发生器800可以响应于控制寄存器700的控制信号和从定时发生器600接收的定时信号来生成斜坡信号，并且可以将斜坡信号输出到模数转换器(ADC)300。

图2A是示出基于所公开技术的一些实施方式的沿着图1所示的线X1-X1’截取的像素阵列100的示例的截面图。图2B是示出基于所公开技术的一些实施方式的沿图1所示的线Y1-Y1’截取的像素阵列100的示例的截面图。

参照图2A和图2B，半导体基板110可以包括彼此背离的第一表面和第二表面。半导体基板110可以处于单晶状态，并且可以包括含硅材料。例如，半导体基板110可以包括含单晶硅的材料。半导体基板110可以包括光电转换元件112，每个光电转换元件112被形成为与每个单位像素PX相对应。光电转换元件112可以通过执行对入射光的光电转换来生成与入射光相对应的电信号。每个光电转换元件112可以包括光电二极管。可以在光电转换元件112之间形成器件隔离层(未示出)。器件隔离层可以包括诸如深沟隔离(DTI)结构的沟形器件隔离层。

栅格结构120a、滤色器层130和透镜层140可以依次形成在半导体基板110的第一表面上。

可以在滤色器R、G和B之间形成栅格结构120a，以防止相邻滤色器之间的串扰。因此，可以在任意两个相邻的滤色器R、G和B之间形成栅格结构120a。栅格结构120a可以包括第一金属层122和第二金属层124。栅格结构120a可以具有不对称的形状或结构。例如，参照图2A，栅格结构120a可以位于红色滤色器R和绿色滤色器G之间，并且具有不对称的侧壁。例如，在栅格结构120a中，与对光具有高灵敏度的绿色滤色器(G)接触的侧壁可以包括具有一定曲率的倒圆形轮廓(rounded profile)。在栅格结构120a中，与红色滤色器(R)接触的侧壁和与蓝色滤色器(B)接触的侧壁可以具有垂直轮廓(vertical profile)，其中红色滤色器(R)和蓝色滤色器(B)中的每一个与绿色滤色器(G)相比对光具有相对更低的灵敏度。因此，栅格结构120a具有根据被设置为与侧壁接触的滤色器的颜色而具有不同的轮廓/形状的侧壁。

这种与相邻滤色器的颜色相关的非对称结构的栅格结构120a的独特设计基于以下认识：栅格结构的形状可以影响处理彩色图像(colored image)的成像操作。

基于滤色器(R、G、B)的颜色，滤色器(R、G、B)对光具有不同的灵敏度。通常，图像感测装置可以在信号处理过程中校正颜色之间的灵敏度差异。然而，如果两种不同颜色之间的灵敏度差异不在特定水平内，则这种通过信号处理过程进行的校正可能是不够的。例如，蓝色滤色器(B)和绿色滤色器(G)之间的灵敏度差异或者红色滤色器(R)和绿色滤色器(G)之间的灵敏度差异相当大，并且使用信号处理过程的校正可能难以校正如此大的灵敏度差异。在这种情况下，即使在制造工艺中出现小的误差，也可能极大地影响图像感测装置的颜色表示。

因此，所公开技术的一些实施方式提出减少在通过绿色滤色器(G)之后流入基板110的光电转换元件的光量。通过减少通过绿色滤色器(G)的光量，可以减小蓝色滤色器(B)和绿色滤色器(G)之间的灵敏度差异以及红色滤色器(R)和绿色滤色器(G)之间的灵敏度差异。为此，图像感测装置的栅格结构120a可以以不对称的形状/轮廓形成。

例如，在一些实施方式中，栅格结构120a可以具有与红色滤色器(R)或蓝色滤色器(B)相邻并且具有垂直轮廓的侧壁，并且具有与绿色滤色器(G)相邻并且具有倒圆形轮廓的侧壁。与具有垂直轮廓的侧壁相比，具有倒圆形轮廓的侧壁可产生相对更大量的光的扩散反射(scattered reflection)(或漫反射)。结果，有意地针对入射到绿色滤色器(G)上的光诱导光线的扩散反射(漫反射)，以使得可以减少通过绿色滤色器(G)流入光电转换元件112的光量。

在一些实施方式中，栅格结构120a的与绿色滤色器(G)相邻的侧壁(例如，具有倒圆形轮廓的侧壁)的材料可以具有与栅格结构120a的与红色滤色器(R)和蓝色滤色器(B)接触的侧壁(例如，具有垂直轮廓的侧壁)的材料的反射比(reflection rate)(其可被称为反射率(reflectivity)或反射指数)不同的反射比。例如，具有垂直轮廓的各个侧壁可以包括第一金属层122，并且具有倒圆形轮廓的各个侧壁可以包括比第一金属层122具有更低的反射指数(即，更低的反射率)的第二金属层124。第一金属层122可以延伸到第二金属层124的底表面和半导体基板110的第一表面之间的区域，以使得第一金属层122可以与第二金属层124的底表面接触。第一金属层122可以包括阻挡金属(barrier metal)，阻挡金属包括钛(Ti)和氮化钛(TiN)中的至少一者。第二金属层124可以包括诸如钨(W)的金属。

栅格结构120a可以使通过绿色滤色器(G)接收的入射光比通过红色滤色器(R)或绿色滤色器(B)接收的入射光更容易在栅格结构120a中被吸收，以使得通过绿色滤色器(G)流入光电转换元件112的光量可以大大减少。

滤色器层130可以包括多个滤色器(例如，RGB滤色器)，每个滤色器被形成为仅选择性地透射(transmit)入射光当中的具有特定颜色的可见光。例如，滤色器层130可以包括多个红色滤色器(R)、多个绿色滤色器(G)和多个蓝色滤色器(B)。每个红色滤色器(R)可以仅透射可见光的RGB光当中的红光。每个绿色滤色器(G)可以仅透射可见光的RGB光当中的绿光。每个蓝色滤色器(B)可以仅透射可见光的RGB光当中的蓝光。可以针对每单位像素(PX)形成滤色器R、G和B中的每一个。红色滤色器(R)、绿色滤色器(G)和蓝色滤色器(B)可以规则地以Bayer图案布置。滤色器R、G和B可以形成在由栅格结构120a限定的区域中。

红色滤色器(R)可以包括包含红色色素(pigment)的聚合物有机材料，绿色滤色器(G)可以包括包含绿色色素的聚合物有机材料，并且蓝色滤色器(B)可以包括包含蓝色色素的聚合物有机材料。例如，滤色器R、G和B中的每一个可以包括抗蚀剂材料(resistmaterial)。

透镜层140可以包括外覆层(over-coating layer)142和多个微透镜144。外覆层142和微透镜144可以由相同的材料形成。

外覆层142可以形成在栅格结构120a和滤色器层130上。外覆层142可以用作平坦化层来补偿(或去除)由栅格结构120a和滤色器层130引起的台阶差(step difference)。

微透镜144可以形成在外覆层142上。每个微透镜144可以形成为半球形形状(hemispherical shape)，并且可以针对每单位像素(PX)形成。微透镜144可以会聚入射光，并且可以将经会聚的光透射到相应单位像素的滤色器(R、G、B)。

图3A至图3E是示出基于所公开技术的一些实施方式的用于形成图2A所示结构的工艺的示例的截面图。如图3A至图3E所示的工艺可用于形成如图2A和图2B所示的结构。

参照图3A，在包括光电转换元件112的基板110的第一表面上，可以在要用于红色滤色器(R)的区域和要用于蓝色滤色器(B)的区域中形成至少一个分隔图案(partitionpattern)126。例如，根据Bayer图案，分隔图案126可以形成在要用于红色滤色器(R)和蓝色滤色器(B)的区域中，并且分隔图案126可以不形成在要用于绿色滤色器(G)的区域中。在一些实施方式中，每个分隔图案126可以包括氮化物层。

随后，可以在分隔图案126和基板110上形成第一金属层122’。第一金属层122’可以包括阻挡金属，该阻挡金属包括钛(Ti)和氮化钛(TiN)中的至少一者。

参照图3B，可以在第一金属层122’上形成第二金属层124’。第二金属层124’可以由比第一金属层122’具有更低的反射指数(即，更低的反射率)的材料层形成或包括该材料层。例如，第二金属层124’可以包括诸如钨(W)的金属。

参照图3C，可以对第二金属层124’和第一金属层122’执行各向异性蚀刻(anisotropic etching)直到暴露基板110和分隔图案126。因此，栅格结构120a可以形成在分隔图案126的每个侧壁中。这里，栅格结构120a的内侧壁可以具有垂直轮廓，并且栅格结构120a的外侧壁可以具有倒圆形轮廓。

随后，可以选择性地去除(或蚀刻)暴露的分隔图案126。例如，可以基于蚀刻选择性通过蚀刻工艺选择性地去除仅特定分隔图案126。

参照图3D，滤色器(R、G、B)可以形成在由栅格结构120a限定的区域中。例如，在由栅格结构120a限定的区域中形成具有红色的抗蚀剂层(即，红色抗蚀剂层)之后，可以以使红色抗蚀剂层仅保留在与基于Bayer图案的红色滤色器(R)相对应的位置处的方式来对红色抗蚀剂层进行曝光和显影。随后，在形成绿色抗蚀剂层以对在红色滤色器(R)之间空间进行间隙填充(gapfill)之后，可以以使绿色抗蚀剂层仅保留在与基于Bayer图案的绿色滤色器(G)相对应的位置处的方式来对绿色抗蚀剂层进行曝光和显影。

在这种情况下，绿色滤色器(G)可以由栅格结构120a的侧壁当中的各自具有倒圆形轮廓的一些侧壁围绕。

此后，在形成蓝色抗蚀剂层以对在红色滤色器(R)和绿色滤色器(G)之间的空间进行间隙填充之后，可以以使蓝色抗蚀剂层仅保留在与基于Bayer图案的蓝色滤色器(B)相对应的位置处的方式来对蓝色抗蚀剂层进行曝光和显影。

参照图3E，可以在栅格结构120a和滤色器层130上形成外覆层142。外覆层142可以包括聚合材料，例如，聚苯乙烯基树脂、聚酰亚胺基树脂、聚硅氧烷基树脂、丙烯酸树脂、环氧基树脂或其共聚物树脂。

然后，在在外覆层142上形成用于透镜的材料层之后，对透镜材料层进行图案化，从而形成微透镜图案(未示出)。在这种情况下，微透镜图案可以以方岛形形状(squareisland shape)形成。透镜材料层可以与外覆层142具有相同的材料。

随后，对微透镜图案执行回流工艺(reflow process)，从而形成各自具有一定曲率的半球形微透镜144。

图4是示出基于所公开技术的一些实施方式的像素阵列100’的平面布置结构的平面图。

参照图4，像素阵列100’可以包括四元结构(quad structure)，其中以(2×2)矩阵布置的四个相邻单位像素具有相同的颜色。在一个示例中，这些颜色以Bayer图案布置。在一些实施方式中，在(2×2)矩阵中彼此相邻地布置并且具有相同颜色的单位像素可以被定义为子像素块PB_R、PB_G或PB_B。

每个子像素块PB_R、PB_G或PB_B可以包括用于实现高动态范围(HDR)的减曝光像素(short-exposure pixel)PX_SR、PX_SG或PX_SB。例如，子像素块PB_R可以具有包括三个正常像素PX_NR和一个减曝光像素PX_SR的(2×2)矩阵结构，子像素块PB_G可以具有包括三个正常像素PX_NG和一个减曝光像素PX_SG的(2×2)矩阵结构，并且子像素块PB_B可以具有包括三个正常像素PX_NB和一个减曝光像素PX_SB的(2×2)矩阵结构。减曝光像素PX_SR、PX_SG和PX_SB可以指以与正常像素PX_NR、PX_NG和PX_NB相比在相同曝光时间期间更少的光量能够入射到光电转换元件上的方式形成的像素。因此，即使像素阵列100’对光进行一次曝光，像素阵列100’也可以生成与不同光量相对应的像素信号(例如，正常像素信号和减曝光像素信号)。

在一些实施方式中，减曝光像素PX_SR的滤色器(sR)的区域的宽度可以小于正常像素PX_NR的每个滤色器(R)的区域的宽度，减曝光像素PX_SG的滤色器(sG)的区域的宽度可以小于正常像素PX_NG的每个滤色器(G)的区域的宽度，并且减曝光像素PX_SB的滤色器(sB)的区域的宽度可以小于正常像素PX_NB的每个滤色器(B)的区域的宽度。利用与正常像素的宽度相比更小的减曝光像素的宽度，相对更少的光量可以穿透滤色器(sR、sG、sB)。例如，滤色器(sR)的底表面区域的宽度可以小于滤色器(R)的底表面区域的宽度，滤色器(sG)的底表面区域的宽度可以小于滤色器(G)的底表面区域的宽度，并且滤色器(sB)的底表面区域的宽度可以小于滤色器(B)的底表面区域的宽度。

在一些实施方式中，像素阵列100’包括基于与栅格结构接触的像素类型的不同形状的栅格结构。例如，包括在像素阵列100’中的栅格结构可以包括栅格结构120b和栅格结构120c，栅格结构120b的一个侧壁与减曝光像素PX_SR、PX_SG和PX_SB的滤色器(sR、sG、sB)接触，并且栅格结构120c的两个侧壁都与正常像素PX_NR、PX_NG和PX_NB的滤色器(R、G、B)接触。因此，栅格结构120c的侧壁不与减曝光像素PX_SR、PX_SG和PX_SB的滤色器(sR、sG、sB)接触。例如，栅格结构120b的一个侧壁与减曝光像素PX_SR、PX_SG和PX_SB的滤色器sR、sG和sB中的一个接触，并且栅格结构120b可以具有相对更大的宽度。例如，栅格结构120c的两个侧壁都与正常像素PX_NR、PX_NG和PX_NB的滤色器R、G和B接触并且栅格结构120c具有相对更小的宽度。栅格结构120b可以被形成为在宽度上朝向滤色器(sR、sG、sB)中的每一个延伸的形状，以使得滤色器(sR、sG、sB)中的每一个的区域的尺寸可以减小。

在一些实施方式中，栅格结构120b可以包括不对称形状或轮廓。例如，栅格结构120b可以被设计为使得接触滤色器(sR、sG、sB)的侧壁与接触滤色器(R、G、B)的侧壁具有不同的形状或轮廓。在一些实施方式中，栅格结构120c可以包括对称形状或轮廓。例如，两侧都与正常像素PX_NR、PX_NG和PX_NB的滤色器(R、G、B)接触的栅格结构120c可以具有以相同形状或轮廓形成的侧壁。

尽管图4的实施方式示出了子像素块PB_R、PB_G或PB_B被形成为在一对一的基础上包括减曝光像素PX_SR、PX_SG或PX_SB，但是其它实施方式也是可能的。例如，针对每个颜色，减曝光像素PX_SR、PX_SG或PX_SB可以选择性地仅形成在子像素块PB_R、PB_G或PB_B的某些部分中。尽管图4的实施方式示出了减曝光像素PX_SR、PX_SG或PX_SB在每个子像素块PB_R、PB_G或PB_B中位于相同位置，但是每个减曝光像素PX_SR、PX_SG或PX_SB在子像素块PB_R、PB_G或PB_B中的位置可以改变。

图5A是示出沿图4所示的线X2-X2’截取的像素阵列的示例的截面图。图5B是示出沿图4所示的线Y2-Y2’截取的像素阵列的示例的截面图。图5C是示出沿图4所示的线X3-X3’截取的像素阵列的示例的截面图。

滤色器层130’可以包括滤色器(R、G、B、sR、sG、sB)，每个滤色器允许入射光当中的具有特定颜色的可见光通过并将该可见光透射到相应的光电转换元件112。滤色器(R、G、B)可以与正常像素PX_NR、PX_NG和PX_NB一一对应地布置。滤色器(sR、sG、sB)可以与减曝光像素PX_SR、PX_SG和PX_SB一一对应地布置。

栅格结构120b和120c可以设置在任意两个相邻滤色器(R、G、B、sR、sG、sB)之间。在一些实施方式中，栅格结构120b如图5A和图5B所示具有与滤色器(sR、sG、sB)之一接触的一个侧壁，并且具有比如图5C所示的侧壁与滤色器(R、G、B)接触的栅格结构120c更宽的宽度。

如上所述，由于栅格结构120b的宽度W1大于栅格结构120c的宽度W2，被栅格结构120b围绕的每个滤色器(sR、sG、sB)的底表面的区域的尺寸变得小于被栅格结构120c围绕的每个滤色器(R、G、B)的底表面的区域的尺寸。因此，穿透滤色器(sR、sG、sB)的光量可以少于穿透滤色器(R、G、B)的光量。

另外，栅格结构120b可以以不对称轮廓或形状形成，其中接触滤色器(sR、sG、sB)的侧壁具有倒圆形轮廓，并且接触滤色器(R、G、B)的侧壁具有垂直轮廓。栅格结构120b可以使通过滤色器(sR、sG、sB)接收的入射光被漫反射，以使得入射到减曝光像素PX_SR、PX_SG和PX_SB中的每一个的光电转换元件112上的光量可以被大大减少。

在一些实施方式中，在栅格结构120b中，具有倒圆形轮廓的侧壁的材料的反射比(例如，反射率或反射指数)可以与具有垂直轮廓的侧壁的材料的反射比不同。例如，具有垂直轮廓的侧壁可以包括第一金属层122，并且具有倒圆形轮廓的侧壁可以包括比第一金属层122具有更低的反射率的第二金属层124。栅格结构120b可以以与通过滤色器(R、G、B)接收的入射光相比通过滤色器(sR、sG、sB)接收的入射光可以更容易地在栅格结构120b中被吸收的方式配置，以使得入射到减曝光像素PX_SR、PX_SG和PX_SB的光电转换元件112上的光量可以被大大减少。

由于栅格结构120c的两个侧壁都与滤色器(R、G、B)接触，所以栅格结构120c可以以对称的轮廓或形状形成，其中栅格结构120c的两个侧壁都包括垂直轮廓。在一些实施方式中，栅格结构120c的两个侧壁都可以包括第一金属层122。

第一金属层122可以延伸到第二金属层124的底表面和半导体基板110的第一表面之间的区域，以使得第一金属层122可以与第二金属层124的底表面接触。第一金属层122可以包括阻挡金属，所述阻挡金属包括钛(Ti)和氮化钛(TiN)中的至少一者。第二金属层124可以包括诸如钨(W)的金属。

图5A至图5C所示的上述结构可以通过改变图3A所示的分隔图案的形成位置和图3A所示的分隔图案之间的间距来形成。

例如，在基板110的第一表面上，分隔图案可以不形成在要用于减曝光像素PX_SR、PX_SG和PX_SB的区域中，并且可以仅形成在要用于正常像素PX_NR、PX_NG和PX_NB的区域中。在这种情况下，如果在X轴方向和Y轴方向上彼此相邻的分隔图案之间的间隔的宽度较窄，而在图3C的蚀刻工艺期间非对称栅格结构120b可以形成在不包括分隔图案的区域中，则埋入在相邻分隔图案之间的狭窄间隔中的第一金属层122’和第二金属层124’中的绝大部分可以保持未使用而不被蚀刻，以使得第一金属层122’和第二金属层124’的剩余部件可以形成为其中两个侧壁中的每一个都具有垂直轮廓的栅格结构120c。尽管为了便于描述，在图5C的垂直截面图中的栅格结构120c被形成为矩形形状，但是栅格结构120c的上部也可以根据需要在蚀刻工艺中被部分蚀刻。

尽管图5C中所示的实施方式示出在正常像素PX_NR、PX_NG和PX_NB的滤色器(R、G、B)之间形成的栅格结构120c由金属层122和124形成或包括金属层122和124，但是其它实施方式也是可能的。图5C的实施方式也可以被实现为包括空气的栅格结构。

例如，在图3A所示的工艺中，在X轴方向和Y轴方向上彼此相邻的分隔图案之间的间隔被形成为具有更小的宽度的情况下，当如图3B的工艺所示形成第二金属层124’时，第二金属层124’不能完全填充分隔图案之间的间隔，并且如图6所示被形成为仅填充相应间隔的上部。通过上述制造方法，可以在正常像素PX_NR、PX_NG和PX_NB的滤色器(R、G、B)之间形成包括空气层126的栅格结构120c’。

如从上述描述中显而易见的那样，基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置可以使用栅格结构来校正滤色器的颜色之间的灵敏度差异。

此外，基于所公开技术的一些实施方式的图像感测装置可以使用栅格结构来更容易地实现高动态范围(HDR)。

尽管已经描述了许多说明性的实施方式，但是应该理解，可以基于本专利文件中描述和/或示出的内容来设计对所公开的实施方式的各种修改以及其它实施方式。

Claims

1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：

半导体基板；

多个光电转换元件，所述多个光电转换元件由所述半导体基板支撑，每个光电转换元件被配置为通过执行对入射光的光电转换来生成与所述入射光相对应的电信号；

多个滤色器，所述多个滤色器设置在所述半导体基板上，以对要由所述光电转换元件接收的所述入射光进行过滤；以及

栅格结构，所述栅格结构设置在所述滤色器之间，并且被构造为包括具有基于相邻滤色器的颜色的形状的不对称侧壁，

其中，所述不对称侧壁包括具有第一反射率的第一金属层以及具有低于所述第一反射率的第二反射率的第二金属层，并且

其中，所述不对称侧壁包括：

第一侧壁，所述第一侧壁包括所述第一金属层而不包括所述第二金属层；以及

第二侧壁，所述第二侧壁与所述第一侧壁相对，并且包括所述第二金属层。

2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中：

所述第一侧壁被配置为具有垂直轮廓；并且

所述第二侧壁被配置为具有倒圆形轮廓。

3.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中：

所述第一侧壁被布置为与除绿色滤色器之外的滤色器相邻。

4.根据权利要求3所述的图像感测装置，其中：

所述第二侧壁被布置为与所述绿色滤色器相邻。

5.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中：

所述第一金属层包括钛Ti和氮化钛TiN中的至少一者。

6.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中：

所述第二金属层包括钨W。

7.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中：

所述第一金属层从所述第一侧壁延伸到所述第二侧壁，以与所述第二金属层的底表面接触。

8.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：

滤色器层，所述滤色器层包括被配置为允许相同颜色的光通过并且被布置为彼此相邻的多个滤色器；以及

栅格结构，所述栅格结构设置在所述多个滤色器之间，

其中，所述多个滤色器包括：

第一滤色器，所述第一滤色器具有第一尺寸；以及

第二滤色器，所述第二滤色器具有大于所述第一尺寸的第二尺寸，

其中，所述栅格结构包括：

第一栅格结构，所述第一栅格结构设置在所述第一滤色器和所述第二滤色器当中的第二滤色器之间，并且被配置为具有第一宽度；以及

第二栅格结构，所述第二栅格结构设置在所述第二滤色器之间，并且被配置为具有小于所述第一宽度的第二宽度，

其中，所述第一栅格结构具有不对称侧壁。

9.根据权利要求8所述的图像感测装置，其中，所述第一栅格结构的所述不对称侧壁包括：

第一侧壁，所述第一侧壁被配置为具有垂直轮廓；以及

第二侧壁，所述第二侧壁与所述第一侧壁相对，并且被配置为具有倒圆形轮廓。

10.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中：

所述第一侧壁与所述第二滤色器接触；并且

所述第二侧壁与所述第一滤色器接触。

11.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中：

所述第一侧壁包括具有第一反射率的第一金属层；并且

所述第二侧壁包括具有低于所述第一反射率的第二反射率的第二金属层。

12.根据权利要求11所述的图像感测装置，其中：

所述第一金属层包括钛Ti和氮化钛TiN中的至少一者。

13.根据权利要求11所述的图像感测装置，其中：

所述第二金属层包括钨W。

14.根据权利要求11所述的图像感测装置，其中：

所述第一金属层从所述第一侧壁延伸到所述第二侧壁以与所述第二金属层的底表面接触。

15.根据权利要求8所述的图像感测装置，其中：

所述第二栅格结构的侧壁具有垂直轮廓。

16.根据权利要求15所述的图像感测装置，其中，所述第二栅格结构包括：

第一金属层，所述第一金属层被包括在所述侧壁中并且被配置为具有第一反射率；以及

第二金属层，所述第二金属层设置在所述第一金属层之间，并且被配置为具有低于所述第一反射率的第二反射率。

17.根据权利要求16所述的图像感测装置，其中，所述第二栅格结构还包括：

空气层，所述空气层在所述第二栅格结构的所述侧壁之间设置在所述第二金属层下方。