本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及一种半导体装置及其制作方法。
背景技术：
图像传感器可用于感测辐射(例如，光辐射，包括但局限于可见光、红外线、紫外线等)。对于图像传感器来说，随着像素密度的升高，每个像素的尺寸减小，并且每个像素中的光敏元件接收光信号的面积也会减小，这使得转换得到的光生载流子变少、输出信号变小、信噪比变大。
技术实现要素：
本公开的一个目的是提供一种能够提高了图像传感器的入射光的利用率，并进而提高图像传感器的量子效率、信噪比等的技术。
根据本公开的第一方面，提供了一种半导体装置，包括光敏元件的阵列和栅格。栅格被布置在光敏元件的阵列上，并且对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，并将每个光敏元件与相邻的光敏元件光学隔离。栅格包括光学隔离部分和在光学隔离部分上方的电介质部分，电介质部分限定了向开口外侧以一角度倾斜的侧壁。
根据本公开的一些实施例，电介质部分的顶部的截面为三角形或梯形。
根据本公开的一些实施例，半导体装置还包括填充在栅格的开口内的光学材料。
根据本公开的一些实施例，在光学材料与侧壁之间的界面处，光学材料的折射率大于电介质部分的材料的折射率，并且侧壁的倾斜角度被配置为使得从半导体装置外部入射到该界面上的光线被向光敏元件全反射。
根据本公开的一些实施例，光学隔离部分由不透明材料制成。
根据本公开的一些实施例，栅格还包括覆盖光学隔离部分的侧面的第二电介质部分。
根据本公开的一些实施例，所述电介质部分和所述第二电介质部分由相同的电介质材料制成。根据本公开的一些实施例，所述电介质部分和所述第二电介质部分由不同的电介质材料制成。
根据本公开的一些实施例，电介质部分包括主体部和覆盖部，该覆盖部覆盖主体部的表面，并且覆盖部和主体部由不同的电介质材料制成。
根据本公开的一些实施例，第二电介质部分与电介质部分的主体部和覆盖部中的一个由相同的电介质材料制成，或者第二电介质部分的材料与电介质部分的主体部和覆盖部二者的材料都不相同，或者第二电介质部分包括电介质部分的主体部和覆盖部二者的材料。
根据本公开的一些实施例，半导体装置还包括微透镜的阵列，其设置在光学材料的上方。
根据本公开的第二方面，提供了一种制作半导体装置的方法，包括：在半导体衬底中形成光敏元件的阵列；和在半导体衬底中的光敏元件的阵列上形成栅格，该栅格对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，并将每个光敏元件与相邻的光敏元件光学隔离，其中，所述栅格包括光学隔离部分和在光学隔离部分上方的电介质部分，电介质部分限定了向开口外侧以一角度倾斜的侧壁。
根据本公开的一些实施例，在光敏元件的阵列上形成栅格包括：在半导体衬底上形成光学隔离材料层；对光学隔离材料层进行图案化处理，以去除光学隔离材料层在光敏元件上方的部分，从而形成光学隔离部分，该光学隔离部分的图案对应于栅格的图案并且限定了开口；在光学隔离材料层和半导体衬底上形成电介质层；和对所述电介质层进行图案化处理，以去除所述电介质层的在光敏元件上方的部分，保留在光学隔离部分上方的部分并且形成向开口外侧以一角度倾斜的侧壁，从而形成电介质部分。
根据本公开的一些实施例，对所述电介质部分进行的图案化处理使其顶部的截面成为三角形或梯形。
根据本公开的一些实施例，形成半导体装置的方法还包括将光学材料填充在栅格的开口内。
根据本公开的一些实施例，在光学材料与侧壁之间的界面处，光学材料的折射率大于电介质部分的材料的折射率，并且侧壁的倾斜角度被配置为使得从半导体装置外部入射到该界面上的光线被向光敏元件全反射。
根据本公开的一些实施例，光学隔离部分由不透明材料制成。
根据本公开的一些实施例，在光敏元件的阵列上形成栅格还包括：对所述电介质层进行图案化处理时，保留电介质层的覆盖光学隔离部分的侧面的部分，从而形成第二电介质部分。
根据本公开的一些实施例，在光敏元件的阵列上形成栅格还包括：在形成光学隔离部分之后，在光学隔离部分和半导体衬底上形成第二电介质层，和对所述第二电介质层进行图案化处理，以去除第二电介质层在光敏元件上方的部分和在光学隔离部分上方的部分，并保留第二电介质层的覆盖光学隔离部分的侧面的部分，从而形成第二电介质部分。
根据本公开的一些实施例，所述电介质部分和所述第二电介质部分由相同的电介质材料制成，或者，所述电介质部分和所述第二电介质部分由不同的电介质材料制成。
根据本公开的一些实施例，对所述电介质层进行图案化处理包括去除所述电介质层的在光敏元件上方的部分并保留在光学隔离部分上方的部分，从而形成电介质部分的主体部，并且在光敏元件的阵列上形成栅格还包括：在形成电介质部分的主体部之后，在半导体衬底和电介质部分的主体部上形成第三电介质层；对第三电介质层进行图案化处理，以去除所述第三电介质层的在光敏元件上方的部分并保留在电介质部分的主体部上方的部分，从而形成电介质部分的覆盖部，其中，电介质部分的覆盖部和主体部由不同的电介质材料制成。
根据本公开的一些实施例，在光敏元件的阵列上形成栅格还包括：对所述电介质层和/或所述第三介质层进行图案化处理时，保留电介质层和/或所述第三介质层的覆盖光学隔离部分的侧面的部分，从而形成第二电介质部分。
根据本公开的一些实施例，第二电介质部分与所述电介质部分的主体部和覆盖部中的一个由相同的电介质材料制成，或者所述第二电介质部分的材料与所述电介质部分的主体部和覆盖部二者的材料都不相同，或者所述第二电介质部分包括所述电介质部分的主体部和覆盖部二者的材料。
根据本公开的一些实施例，形成半导体装置的方法还包括以下步骤：在光学材料上方形成微透镜的阵列。
根据本公开的实施例的一个优点在于，使得半导体装置上的栅格所占据的区域成为了可以接收入射光的区域，提高了入射光的利用率，并进而提高图像传感器的量子效率、信噪比等。
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是示意性地示出现有技术的半导体装置的结构的示图。
图2是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体装置的结构的示图，其中，电介质部分的顶部具有梯形截面。
图3是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体装置的制造方法的流程图。
图4a到图4e是示出了制作图2所示的半导体装置的各个步骤时的半导体装置的截面的示例的示意图。
图5a到图5d是示出了制作图2所示的半导体装置的各个步骤时的半导体装置的截面的另一个示例的示意图。
图6是示意性地示出根据本公开的另一个实施例的半导体装置的结构的示图。
图7是示意性地示出根据本公开的另一个实施例的半导体装置的结构的示图。
图8是示意性地示出根据本公开的另一个实施例的半导体装置的结构的示图，其中，电介质部分的顶部具有三角形截面。
注意，在以下说明的实施例中，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。
如图1所示，其示意性地示出现有技术的图像传感器的结构的示图。现有技术的图像传感器100包括半导体衬底101、形成在半导体衬底101中的光敏元件102的阵列和形成在衬底101和光敏元件102上的栅格103。每个光敏元件102对应于图像传感器100的一个像素。栅格103对于每个光敏元件102分别限定了用于接收光的开口，并且用来对相邻的两个光敏元件102进行光学隔离，使得进入一个光敏元件102的开口的光不会进入到相邻的光敏元件102中。另外，光学材料104可以被填充在该开口中。例如，光学材料104可以包括滤光材料(例如，各种染料、颜料、色素)，用来对进入开口的光进行滤波，从而提取经过滤的波长。一般来说，相邻的像素中的滤光材料可以分别对应于例如r、g、b三元色，从而形成彩色的图像传感器100。另外，光学材料104还可以包括电介质材料，用来对开口进行填充、对光敏元件102和栅格103等进行保护等。另外，光学材料104还可以是本领域技术人员可以想到的任何光学材料。最后，在光学材料104上方，图像传感器100还可以包括微透镜105，用来对入射光进行会聚和准直等。
如图1所示，现有技术中的图像传感器100的栅格103的截面为矩形并具有一定宽度的顶面。因此，入射到栅格103的顶面上的光(例如，图中以带箭头的虚线示出的)会受到顶面的阻挡，无法到达光敏元件102，并且无法得到利用。
图2是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体装置200的结构的示图。如图2所示，根据本公开的该实施例的半导体装置200包括半导体衬底201、形成在半导体衬底201中的光敏元件202的阵列和形成在衬底201和光敏元件202上的栅格203。衬底201可以由一元半导体材料(诸如，硅或锗等)或化合物半导体材料(诸如碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟)或其组合构成。根据本公开的实施例的半导体装置的衬底中可以形成用于感测光的光敏元件202，因此，该半导体装置可以被配置为图像传感器，而每个光敏元件202对应于图像传感器的一个像素。栅格203对于每个光敏元件202分别限定了用于接收光的开口，并且将每个光敏元件202与相邻的光敏元件202光学隔离，使得进入一个光敏元件202的开口的光不会进入到相邻的光敏元件202中。另外，可选的光学材料204可以被填充在该开口中。例如，光学材料204可以包括滤光材料、电介质材料和本领域技术人员可以想到的任何光学材料。最后，在光学材料204上方，半导体装置200还可以包括可选的微透镜205，用来对入射光进行会聚和准直等。
如图2所示，根据本公开的实施例的栅格203包括光学隔离部分2031和在光学隔离部分2031上方的电介质部分2032。光学隔离部分2031由不透明的材料(例如，金属(例如，钛、钨或铝)等)制成，用来对于每个光敏元件202分别限定用于接收光的开口，并且将每个光敏元件202与相邻的光敏元件202光学隔离。电介质部分2032由电介质材料制成，并且限定了向开口外侧以一角度倾斜的侧壁。构成电介质部分2032的电介质材料的示例包括(但不局限于)：高k电介质、金属氧化物、硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物或氧氮化物、碳化硅、其他的氧化物材料和氮化物材料等。即使在不具有光学材料204的情况下，由于该侧壁向开口外侧以一角度倾斜并且利用在侧壁上发生的反射，使得入射到该侧壁上的光(例如图中以带箭头的实线a、b示出的)的至少一部分可以被朝向光敏元件202的表面反射。因此，使得半导体装置200上的栅格203所占据的区域成为了可以接收入射光的区域，提高了入射光的利用率，并进而提高图像传感器的量子效率、信噪比等。
可以考虑到入射光的方向、半导体装置的尺寸(例如，栅格的开口的宽度、光学隔离部分的高度等)和电介质的折射率等来设置侧壁倾斜的角度。例如，侧壁从竖直方向向外倾斜的角度被设置为将入射到侧壁上的光朝向光敏元件的表面引导。可选地，侧壁从竖直方向向外倾斜的角度小于45°。这是因为一般来说，入射光的方向主要是基本上垂直于光敏元件的表面(即，沿竖直方向)的，所以在这种情况下，如果侧壁从竖直方向向外倾斜的角度大于45°，沿竖直方向入射的光线在经过反射之后，将会沿远离光敏元件的方向行进。而当侧壁从竖直方向向外倾斜的角度小于45°时，沿竖直方向入射的光线在经过反射之后，将会进入由栅格形成的开口中并沿接近光敏元件的方向行进。那么，这些光线可以直接或经栅格的侧面反射之后间接照射光敏元件的表面，从而提高入射光的利用率，并进而提高图像传感器的量子效率、信噪比等。当然，对于沿其他方向入射的入射光来说，可以对于侧壁的倾斜角度考虑到更多的可能和范围。
另外，侧壁从竖直方向向外倾斜的角度可以被配置为使得反射光能够直接照射到光敏元件上。例如，随着侧壁的倾斜角度减小，更多的入射光经过反射之后将会直接照射到光敏元件上，因此，侧壁从竖直方向向外倾斜的角度被配置为优选地小于或等于使得入射到侧壁下端的光线能够被直接反射到光敏元件上的角度。
本领域技术人员可以明白，电介质部分2032的侧壁的形状可以是直线、曲线、折线等各种形状，只要侧壁的至少一部分的切线向开口外侧以一角度倾斜即可。
本领域技术人员可以明白，根据电介质部分2032的高度、宽度以及斜面的倾斜角度以及所采用的制作工艺等，在电介质部分2032的顶部处，电介质部分2032两侧的斜面可以彼此相交或彼此不相交，从而使得电介质部分2032的顶部具有梯形截面或三角形截面。在本实施例中，以梯形的顶部的截面形状作为示例进行描述。
在本发明的一个实施例中，在栅格203的开口中形成了光学材料204的情况下，在光学材料204与电介质部分2032的侧壁之间的界面处，光学材料204的折射率大于电介质部分2032的材料的折射率。本领域技术人员已知，在光从折射率较大的光密介质进入折射率较小的光疏介质时，如果入射角大于发生全反射的临界角，入射光在两个介质的界面上会发生全发射，即，入射光全部被反射回光密介质中。在该实施例中，可以通过选择光学材料204与电介质部分2032之间的界面两侧的材料的折射率以及斜面的角度，来使得更多的入射到斜面上的光能够满足全反射条件。例如，当光学材料204与电介质部分2032的界面两侧的材料的折射率分别为2.7和1.5时，计算得到的临界角约为33.7°。而当光学材料204与电介质部分2032的界面两侧的材料的折射率分别为2.7和1.2时，计算得到的临界角约为26.4°。可以看出，对于具有某一确定角度的斜面来说，当光学材料204与电介质部分2032的界面两侧的材料的折射率差越大，全反射的临界角就越小，因此，就可以使得更多的入射到斜面上的光能够满足全反射条件。
在发生全反射的情况下，侧壁从竖直方向向外倾斜的角度还可以考虑全反射的临界角。例如，侧壁从竖直方向向外倾斜的角度可以被设置为沿竖直方向入射的光线在经过全反射之后，将会进入由栅格形成的开口中并沿接近光敏元件的方向行进。即，侧壁从竖直方向向外倾斜的角度可以被设置为小于使得沿竖直方向入射的光线在经过全反射之后沿水平方向行进的角度。进一步地，侧壁从竖直方向向外倾斜的角度可以被设置为入射的光线在经过全反射之后将会直接入射到光敏元件上的角度。即，侧壁从竖直方向向外倾斜的角度可以被配置为小于使得入射到侧壁下端的光线能够被直接全反射到光敏元件上的角度。
本领域技术人员可以明白，全反射是侧壁对入射到其上的光进行反射的一种具体情况。在发生全反射时，可以进一步提高入射光的利用率，从而使得进一步提高图像传感器的量子效率、信噪比等。
图3是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体装置的制造方法的示意流程图。如图3所示，在步骤s301，在半导体衬底中形成光敏元件的阵列。该步骤包括用本领域中已知的各种技术在半导体衬底中形成各个光敏元件以及形成对应的导电布线、电介质层、浅沟槽隔离部等，并且为了清楚，在本公开中省略对该步骤的具体描述。
之后，在步骤s302，在半导体衬底中的光敏元件的阵列上形成栅格，该栅格对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，并将每个光敏元件与相邻的光敏元件光学隔离。其中，如上文所介绍的，所形成的栅格包括光学隔离部分和在光学隔离部分上方的电介质部分，电介质部分限定了向开口外侧以一角度倾斜的侧壁。本领域技术人员可以明白，只要最终能够获得上述栅格结构，任何技术和工艺都可以被用在本公开的实施例中，并且形成栅格结构的具体步骤可以根据所使用的技术和工艺进行相应调整。
此外，在本公开的各个实施例中，根据所形成的栅格和半导体装置的整体结构和材料的不同，用于形成栅格的具体步骤有所区别。在下文中根据各个实施例形成栅格的步骤进行具体说明。
另外，在形成栅格的步骤之后，如上文描述的，可选地还包括形成光学材料和微透镜等的步骤。
图4a到图4e是示出了制作图2所示的半导体装置200的各个步骤时的半导体装置的截面的示例的示意图。
首先，如图4a所示，在半导体衬底401中形成(例如通过沉积处理、注入处理等)光敏元件402的阵列。在半导体衬底中形成光敏元件的技术是本领域技术人员已知的，因此在这里省略对其的描述。之后，开始在半导体衬底401上形成栅格的步骤，即，在半导体衬底401上形成光学隔离材料层4033。该光学隔离材料层4033可以由不透明材料(例如，金属、金属合金、金属化合物等)制成。可以采利用本领域已知的任何合适的工艺来形成光学隔离材料层4033，包括但不限于：物理汽相沉积(pvd)、化学汽相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、喷镀、旋涂或其组合等。
之后，如图4b所示，对光学隔离材料层4033进行图案化处理，以去除光学隔离材料层4033在光敏元件402上方的部分，从而形成光学隔离部分4031，该光学隔离部分4031的图案对应于栅格403的图案并且限定了每个光敏元件402用于接收光的开口。该图案化处理例如可以通过图案化的掩模(例如，光致抗蚀剂或者硬掩模)进行蚀刻工艺来进行。
之后，如图4c所示，在光学隔离部分4031和半导体衬底401上形成电介质层4034。可以采利用本领域已知的任何合适的工艺来形成电介质层4034，包括但不限于：物理汽相沉积(pvd)、化学汽相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、喷镀、旋涂或其组合等。
之后，如图4d所示，对电介质层4034进行图案化处理，以去除在光敏元件402上方的部分，保留在光学隔离部分4031上方的部分。
接下来，如图4e所示，对电介质层4034的在光学隔离部分4031上方的部分进行图案化处理，使其具有向开口外侧以一角度倾斜的侧壁，从而形成电介质部分4032。
上述的图案化处理例如可以通过图案化的掩模(例如，光致抗蚀剂或者硬掩模)进行蚀刻工艺来进行。本领域技术人员已知许多种控制蚀刻的轮廓的技术。例如，可以通过各向异性蚀刻的方式来进行参照图4d描述的图案化处理。另外，可以通过各向同性蚀刻的方式来进行参照图4e描述的图案化处理。例如，通过各向同性蚀刻，使得随着蚀刻的进行，从掩模的底面下蚀刻掉电介质材料，来获得电介质层4034的向开口外侧倾斜的侧壁。
此外，在本公开的一个实施例中，对于参照图4e描述的图案化处理，可以通过采用各向同性蚀刻和各向异性蚀刻结合的方式，通过一次或多次重复各向同性蚀刻和各向异性蚀刻的步骤，来获得电介质层4034的向开口外侧倾斜的侧壁。在本公开的另一个实施例中，可以将掩模形成或者预处理为使得掩模的宽度随着蚀刻的进行而逐渐变窄，从而获得电介质层4034的向开口外侧倾斜的侧壁。在这种情况下，也可以使用各向异性蚀刻来获得电介质层4034的向开口外侧倾斜的侧壁。例如，可以选择对于蚀刻工艺比较敏感的掩模材料，使得掩模也会受到蚀刻处理的影响，并随着蚀刻的进行而逐渐变窄。例如，还可以通过掩模形成过程或通过预处理使得掩模的质地变得疏松，从而随着蚀刻的进行而逐渐被侵蚀掉，并因此逐渐变窄。
另外，参照图4d和图4e描述的处理可以利用同一个掩模来进行。即，利用同一个掩模，可以先通过各向异性蚀刻进行参照图4d描述的处理，之后再通过各向同性蚀刻来进行参照图4e描述的处理。另外，参照图4d和图4e描述的处理可以相互结合在一个步骤中进行，即，通过一次或多次重复各向同性蚀刻和各向异性蚀刻的步骤，来获得图4e所示的结构。
本领域技术人员可以想到各种配置电介质层的侧壁的形状从而获得向开口外侧倾斜的侧壁的方法，并且这些内容都被结合在本公开中。
在图4e所示的步骤之后，还可以有形成光学材料的步骤和形成微透镜的步骤等。为了清楚和简单，在这里省略这些步骤。
通过以上结合附图4a到图4e的描述，本领域技术人员可以得到制作根据本公开的实施例的如图2所示的半导体装置的方法。
另外，本领域技术人员可以理解，上文中描述的形成光学隔离部分和电介质部分的步骤的顺序可以改变，并且最终也能够得到图2所示的半导体装置200。
图5a到图5d是示出了制作图2所示的半导体装置200的各个步骤时的半导体装置的截面的另一个示例的示意图。
首先，与图4a类似地，如图5a所示，在半导体衬底501中形成(例如通过沉积处理、注入处理等)光敏元件502的阵列。之后，开始在半导体衬底501上形成栅格的步骤，即，在半导体衬底501上形成光学隔离材料层5033。
之后，如图5b所示，在光学隔离材料层5033和半导体衬底501上形成电介质层5034。
之后，如图5c所示，对电介质层5034进行图案化处理，以去除在光敏元件502上方的部分，保留在光学隔离部分5031上方的部分，并且形成向开口外侧以一角度倾斜的侧壁，从而形成电介质部分5032。
之后，如图5d所示，对光学隔离材料层5033进行图案化处理，以去除光学隔离材料层5033在光敏元件502上方的部分，从而形成光学隔离部分5031，该光学隔离部分5031的图案对应于栅格503的图案并且限定了每个光敏元件502用于接收光的开口。
另外，也可以如图5b所示形成光学隔离材料层5033和电介质层5034之后，先对光学隔离材料层5033和电介质层5034二者一同进行图案化，去除光学隔离材料层5033和电介质层5034在光敏元件502上方的部分，从而形成光学隔离部分5031，并且保留光学隔离部分5031上方的电介质层。此时，所得到的结构与图4d所示的结构类似。之后，与图4e类似地，对保留的电介质层进行图案化处理，使其形成向开口外侧以一角度倾斜的侧壁，从而形成电介质部分5032。为了说明书的清楚和简要，省略这些步骤的示意图。
通过以上结合附图5a到图5d的描述，本领域技术人员可以得到制作根据本公开的实施例的如图2所示的半导体装置200的方法。
图6是示意性地示出根据本公开的另一个实施例的半导体装置600的结构的示图。如图6所示，根据本公开的该实施例的半导体装置600包括半导体衬底601、光敏元件602的阵列和栅格603。另外，半导体装置600还可以包括光学材料604和微透镜605。下文中，与图2的半导体装置类似的部分不再重复描述，仅讨论不同的部分。
如图6所示，根据本公开的实施例的栅格603除了包括光学隔离部分6031和在光学隔离部分6031上方的电介质部分6032之外，还包括覆盖光学隔离部分6031的侧面的第二电介质部分6035。该第二电介质部分6035可以将光学隔离部分6031与光学材料604隔离开，从而避免二者相互影响。例如，许多光学材料可能会与形成光学隔离部分6031的金属材料等发生反应，破坏光学材料的光学性质。因此，在栅格603的开口中形成了光学材料604的情况下，形成第二电介质部分6035可能是有利的。
与图2的半导体装置200类似，由于发生在电介质部分6032的侧面上的反射或全反射，根据本实施例的半导体装置600也可以提高了入射光的利用率，并进而提高图像传感器的量子效率、信噪比等。
在本公开的一个实施例中，制作传感器600的前几个步骤与图4a到图4c所示的步骤相同。但是在形成电介质层之后，在对电介质层进行图案化处理时，除了去除在光敏元件602上方的部分并且保留在光学隔离部分6031上方的部分之外，还保留光学隔离部分6031的侧面的部分，从而形成第二电介质部分6035。本领域技术人员可以理解，在这种情况下，由于第二电介质部分6035和电介质部分6032实际上是由相同的电介质层制成的，所以第二电介质部分6035的材料与电介质部分6032的材料相同。
在本公开的另一个实施例中，在图4d与图4e所示的步骤之间，或者在图5d所示的步骤之后，还包括以下步骤：在光学隔离部分6031和半导体衬底601上单独形成第二电介质层，并且对该第二电介质层进行图案化处理，以去除该第二电介质层在光敏元件602上方的部分和在光学隔离部分6031上方的部分，并保留第二电介质层的覆盖光学隔离部分6031的侧面的部分，从而形成第二电介质部分6035。可以看到，由于该第二电介质层是单独形成的，其材料可以与电介质部分6032的材料可以相同，也可以不同，并且可以根据实际需要来确定，从而增加设计的灵活度。
但是，与单独形成第二电介质层并对其进行图案化以形成第二电介质部分的实施例相比，由相同电介质层形成第二电介质部分和电介质部分二者的实施例可以减少方法的步骤、简化制作工艺、提高制作速度等。
根据本公开的另一个实施例，图7是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体装置700的结构的示图。如图7所示，根据本公开的该实施例的半导体装置700包括半导体衬底701、光敏元件702的阵列和栅格703。另外，半导体装置700还可以包括光学材料704和微透镜705。下文中，与图2的半导体装置类似的部分不再重复描述，仅讨论不同的部分。
如图7所示，与图2所示的半导体装置200相比，根据本公开的实施例的半导体装置700的栅格703同样包括光学隔离部分7031之外，但是不同在于，在光学隔离部分7031上方的电介质部分7032包括主体部7036和覆盖部7037，该覆盖部7037覆盖主体部7036的表面，并且覆盖部7037和主体部7036由不同的电介质材料制成。在这种情况下，覆盖部7037的外表面构成的电介质部分7032的侧壁，并且与图2所示的半导体装置200类似地，由于该侧壁向开口外侧以一角度倾斜并且利用在侧壁上发生的反射，使得入射到该侧壁上的光的至少一部分可以被朝向光敏元件202的表面反射。因此，使得半导体装置700上的栅格703所占据的区域成为了可以接收入射光的区域，提高了入射光的利用率，并进而提高图像传感器的量子效率、信噪比等。
在图7所示的半导体装置700中，由于电介质部分7032由两部分组成，并且形成反射界面的材料为外侧的覆盖部7037的材料。因此，与参照图2描述的结构类似地，在栅格703的开口中形成了光学材料704的情况下，在光学材料704与电介质部分7032的侧壁之间的界面处，光学材料704的折射率大于覆盖部7037材料的折射率并且电介质部分7032的侧壁的倾斜角度可以被配置为使得从半导体装置700外部入射到该界面上的光线被向所述光敏元件全反射。
对于本公开的该实施例来说，在例如覆盖部7037的材料比较昂贵并且/或者用覆盖部7037的材料形成材料层比较困难和/或费时的情况下，通过用主体部7036和覆盖部7037二者来构成电介质部分7032，可以减少覆盖部7037层的厚度以及材料的使用量，从而可以降低半导体装置700的成本和/或提高生产效率等。另外，通过用主体部7036和覆盖部7037二者来构成电介质部分7032，还可以大幅增加设计的灵活度。
图7中虽然示出了主体部7036和覆盖部7037的截面都是梯形形状，覆盖部7037为覆盖在主体部7036外的一个薄层，但是本领域技术人员可以明白，主体部和覆盖部的形状不局限于此。主体部和覆盖部可以具有其他的各种形状，只要二者组合形成的电介质部分具有由覆盖部组成并向开口外侧以一角度倾斜的侧壁即可。
制作根据本实施例的如图7所示的半导体装置700的各个步骤与图4a到图4e所示的步骤类似，其区别在于，所形成的电介质部分7031包括主体部7036和覆盖部7037。具体来说，在对电介质层进行图案化处理时去除电介质层的在光敏元件702上方的部分并保留在光学隔离部分703上方的部分，从而形成电介质部分7031的主体部7036。在形成电介质部分7031的主体部7036之后，在半导体衬底701和电介质部分7031的主体部7036上形成第三电介质层。之后，对第三电介质层进行图案化处理，以去除第三电介质层的在光敏元件702上方的部分并保留在电介质部分7031的主体部7036上方的部分，从而形成电介质部分7031的覆盖部7037。
与图6类似地，在图7所示的半导体装置700中，也可以具有覆盖光学隔离部分7031的侧面的第二电介质部分。与图6类似地，该第二电介质部分可以是通过以下方式形成的：在对电介质层和/或第三介质层进行图案化处理时，保留电介质层和/或所述第三介质层的覆盖光学隔离部分的侧面的部分。在仅保留电介质层和第三介质层中的一个的覆盖光学隔离部分的侧面的部分时，第二电介质部分的材料可以与电介质部分7031的主体部7036和覆盖部7037中的一个相同。在保留电介质层和第三介质层二者的覆盖光学隔离部分的侧面的部分时，第二电介质部分的材料可以包括电介质部分7031的主体部7036和覆盖部7037二者的材料。也就是说，第二电介质部分的材料可以与电介质部分7031的主体部7036和覆盖部7037中的一个相同，或者包括二者的材料。
另外，类似地，该第二电介质部分可以是通过以下方式形成的：在形成光学隔离部分7031之后，在光学隔离部分7031和半导体衬底701上单独形成第二电介质层，并且对第二电介质层进行图案化处理，以去除第二电介质层在光敏元件702上方的部分和在光学隔离部分7031上方的部分，并保留第二电介质层的覆盖光学隔离部分7031的侧面的部分，从而形成第二电介质部分。同样，由于该第二电介质层是单独形成的，其材料可以与电介质部分7032的主体部7036和覆盖部7037的材料可以相同，也与二者都不相同。因此，第二电介质部分的材料可以根据实际需要来确定，从而增加设计的灵活度。
图8是示意性地示出根据本公开的另一个实施例的半导体装置的结构的示图，其中，电介质部分的顶部具有三角形截面。
与图2类似，图8所示的半导体装置800也包括半导体衬底801、形成在半导体衬底801中的光敏元件802的阵列和形成在衬底801和光敏元件802上的栅格803。根据本公开的实施例的栅格803包括光学隔离部分8031和在光学隔离部分8031上方的电介质部分8032。与图2所示的结构不同的是，在该实施例中，电介质部分8032的顶部具有三角形截面，而非梯形截面。另外，可选的光学材料804可以被填充在该开口中，并且在光学材料804上方，半导体装置800还可以包括可选的微透镜805。
在本实施例中，也可以采用以上实施例中描述的图案化工艺来形成电介质部分的顶部的三角形截面。但是，相比于形成三角形截面的情况，形成梯形的截面可以保留电介质部分2032的顶面的一部分，因此更便于对掩模进行支撑，更利于工艺的稳定，并且更便于形成电介质部分的倾斜的侧壁。
本公开的实施例中，半导体装置可以利用各种图像传感器技术，例如，cmos、ccd等。另外，本公开的实施例中，半导体装置可以利用前照式(fsi)图像传感器技术或背照式(bsi)图像传感器技术。前照式(fsi)图像传感器指的是在入射光方向上电路布线等在光敏元件的前方的图像传感器，即，电路布线等在光敏元件与成像对象之间。与此不同，背照式(bsi)图像传感器指的是在入射光方向上电路布线等在光敏元件的后方的图像传感器，即，光敏元件在电路布线等与成像对象之间。也就是说，不同于前照式图像传感器，在背照式图像传感器中，布线等可能影响辐射接收的部件基本位于衬底的正面，而光线从衬底的背面入射进入。
因此，虽然在图中未示出，但是在本公开的实施例的半导体装置利用背照式图像传感器技术时，在图中光敏元件的下方或与光敏元件在同一层中，还具有导电布线部。另外，虽然在图中未示出，但是在本公开的实施例的半导体装置利用前照式图像传感器技术时，在图中光敏元件的上方，还具有导电布线部。该导电布线部由一层或多层的导电材料层组成，导电材料可以选自例如：金属、金属合金、导电的金属化合物。金属的示例包括钛、钨或铝等。
在本公开的实施例的半导体装置利用背照式图像传感器技术和前照式图像传感器技术时，都能够实现提高了入射光的利用率，并进而提高图像传感器的量子效率、信噪比等的技术效果。但是，相比于前照式图像传感器来说，提高入射光的利用率、量子效率和信噪比对于背照式图像传感器是更加重要的，因此，根据本公开的实施例的半导体装置在应用到背照式图像传感器技术时，相比于现有技术中的背照式图像传感器能够产生更加显著的优点。
此外，在根据本发明的实施例中，在衬底和光敏元件上方以及衬底与栅格之间，可以设置有一层或多层的绝缘层和/或防反射层等，用于保护半导体衬底和光敏元件、增强进光量等。这些层可以由能够透光的材料制成，这些材料例如(但不限于)是各种高k介质、硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物或氧氮化物等。这些材料例如可以通过各种制备方式来产生，包括但不限于：物理汽相沉积(pvd)、化学汽相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)、喷镀、旋涂或其组合等。
虽然在本公开的附图中以并排放置的两个像素(光敏元件)为例进行了描述和说明，但是本领域技术人员都可以明白，本公开的半导体器件中的像素阵列(光敏元件的阵列)可以在衬底的平面方向上布置展开。即，本公开的附图中示出的半导体装置的部分可以在衬底的平面方向上重复布置，得到预定数目的像素。
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”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例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，本公开的实施例还可以包括以下示例
1.一种半导体装置，其特征在于包括：
光敏元件的阵列；和
栅格，其布置在所述光敏元件的阵列上，并且对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，并将每个光敏元件与相邻的光敏元件光学隔离，
其中，所述栅格包括光学隔离部分和在所述光学隔离部分上方的电介质部分，所述电介质部分限定了向所述开口外侧以一角度倾斜的侧壁。
2.根据项目1所述的半导体装置，其特征在于，所述电介质部分的顶部的截面为三角形或梯形。
3.根据项目1所述的半导体装置，其特征在于还包括填充在所述栅格的开口内的光学材料。
4.根据项目3所述的半导体装置，其特征在于，在所述光学材料与所述侧壁之间的界面处，所述光学材料的折射率大于所述电介质部分的材料的折射率，并且所述侧壁的倾斜角度被配置为使得从所述半导体装置外部入射到该界面上的光线被向所述光敏元件全反射。
5.根据项目1所述的半导体装置，其特征在于，所述光学隔离部分由不透明材料制成。
6.根据项目1所述的半导体装置，其特征在于，所述栅格还包括覆盖光学隔离部分的侧面的第二电介质部分。
7.根据项目6所述的半导体装置，其特征在于，
所述电介质部分和所述第二电介质部分由相同的电介质材料制成，或者
所述电介质部分和所述第二电介质部分由不同的电介质材料制成。
8.根据项目1所述的半导体装置，其特征在于，所述电介质部分包括主体部和覆盖部，所述覆盖部覆盖所述主体部的表面，并且所述覆盖部和所述主体部由不同的电介质材料制成。
9.根据项目8所述的半导体装置，其特征在于，所述栅格还包括覆盖所述光学隔离部分的侧面的第二电介质部分，并且，
所述第二电介质部分与所述电介质部分的主体部和覆盖部中的一个由相同的电介质材料制成，或者
所述第二电介质部分的材料与所述电介质部分的主体部和覆盖部二者的材料都不相同，或者
所述第二电介质部分包括所述电介质部分的主体部和覆盖部二者的材料。
10.根据项目1所述的半导体装置，其特征在于还包括
微透镜的阵列，其设置在所述栅格上方。
11.一种制作半导体装置的方法，其特征在于包括：
在半导体衬底中形成光敏元件的阵列；和
在所述光敏元件的阵列上形成栅格，该栅格对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，并将每个光敏元件与相邻的光敏元件光学隔离，
其中，所述栅格包括光学隔离部分和在所述光学隔离部分上方的电介质部分，所述电介质部分限定了向所述开口外侧以一角度倾斜的侧壁。
12.根据项目11所述的方法，其特征在于，在光敏元件的阵列上形成栅格包括：
在所述半导体衬底上形成光学隔离材料层；
对所述光学隔离材料层进行图案化处理，以去除所述光学隔离材料层在所述光敏元件上方的部分，从而形成光学隔离部分，该光学隔离部分的图案对应于所述栅格的图案并且限定了所述开口；
在所述光学隔离材料层和所述半导体衬底上形成电介质层；和
对所述电介质层进行图案化处理，以去除所述电介质层的在所述光敏元件上方的部分，保留在所述光学隔离部分上方的部分并且形成向所述开口外侧以一角度倾斜的侧壁，从而形成所述电介质部分。
13.根据项目12所述的方法，其特征在于，对所述电介质部分进行的图案化处理使其顶部的截面成为三角形或梯形。
14.根据项目11所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：
将光学材料填充在栅格的开口内。
15.根据项目14所述的方法，其特征在于，在所述光学材料与所述侧壁之间的界面处，所述光学材料的折射率大于所述电介质部分的材料的折射率，并且所述侧壁的倾斜角度被配置为使得从所述半导体装置外部入射到该界面上的光线被向所述光敏元件全反射。
16.根据项目11所述的方法，其特征在于，所述光学隔离部分由不透明材料制成。
17.根据项目12所述的方法，其特征在于，在光敏元件的阵列上形成栅格还包括：
在对所述电介质层进行图案化处理时，保留所述电介质层的覆盖所述光学隔离部分的侧面的部分，从而形成第二电介质部分。
18.根据项目12所述的方法，其特征在于，在光敏元件的阵列上形成栅格还包括：
在形成所述光学隔离部分之后，在所述光学隔离部分和所述半导体衬底上形成第二电介质层；和
对所述第二电介质层进行图案化处理，以去除所述第二电介质层在所述光敏元件上方的部分和在所述光学隔离部分上方的部分，并保留所述第二电介质层的覆盖所述光学隔离部分的侧面的部分，从而形成第二电介质部分。
19.根据项目18所述的方法，其特征在于，
所述电介质部分和所述第二电介质部分由相同的电介质材料制成，或者
所述电介质部分和所述第二电介质部分由不同的电介质材料制成。
20.根据项目12所述的方法，其特征在于，
对所述电介质层进行图案化处理包括去除所述电介质层的在所述光敏元件上方的部分并保留在所述光学隔离部分上方的部分，从而形成所述电介质部分的主体部，并且
在光敏元件的阵列上形成栅格还包括：
在形成所述电介质部分的主体部之后，在所述半导体衬底和所述电介质部分的主体部上形成第三电介质层；和
对所述第三电介质层进行图案化处理，以去除所述第三电介质层的在所述光敏元件上方的部分并保留在所述电介质部分的主体部上方的部分，从而形成所述电介质部分的覆盖部，
其中，所述电介质部分的覆盖部和主体部由不同的电介质材料制成。
21.根据项目20所述的方法，其特征在于在光敏元件的阵列上形成栅格还包括：
对所述电介质层和/或所述第三介质层进行图案化处理时，保留电介质层和/或所述第三介质层的覆盖光学隔离部分的侧面的部分，从而形成第二电介质部分。
22.根据项目20所述的方法，其特征在于在光敏元件的阵列上形成栅格还包括：
在形成所述光学隔离部分之后，在所述光学隔离部分和所述半导体衬底上形成第二电介质层；和
对所述第二电介质层进行图案化处理，以去除所述第二电介质层在所述光敏元件上方的部分和在所述光学隔离部分上方的部分，并保留所述第二电介质层的覆盖所述光学隔离部分的侧面的部分，从而形成第二电介质部分，
其中，所述第二电介质部分与所述电介质部分的主体部和覆盖部中的一个由相同的电介质材料制成，或者
所述第二电介质部分的材料与所述电介质部分的主体部和覆盖部二者的材料都不相同，或者
所述第二电介质部分包括所述电介质部分的主体部和覆盖部二者的材料。
23.根据项目11所述的方法，其特征在于还包括以下步骤：
在所述栅格上方形成微透镜的阵列。
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。