图像传感器的制作方法

1.本公开涉及图像传感器，更具体地，涉及图像传感器的微透镜层及其形成方法。


背景技术：

2.图像传感器是将光学图像转换成电信号的器件。图像传感器可以分为电荷耦合器件(ccd)型和互补金属氧化物半导体(cmos)型。cmos型图像传感器被缩写为cis(cmos图像传感器)。cis具有二维地布置的多个像素。每个像素包括光电二极管。光电二极管用于将入射光转换为电信号。


技术实现要素：

3.一方面是提供一种具有改善的图像质量的图像传感器。
4.根据一些示例实施方式的一方面，提供一种图像传感器，该图像传感器包括：基板，具有第一像素区和第二像素区；以及在基板的第一表面上的微透镜层。微透镜层可以包括：第一透镜图案，在基板的第一像素区上；和第二透镜图案，在基板的第二像素区上。第一像素区的宽度可以大于第二像素区的宽度。第一透镜图案的高度可以大于第二透镜图案的高度。
5.根据一些示例实施方式的另一方面，提供一种图像传感器，该图像传感器包括：基板，具有第一像素区和第二像素区，第二像素区的宽度不同于第一像素区的宽度；多个光电转换区，对应地在基板的第一像素区和第二像素区中；以及微透镜层，在基板的第一表面上并覆盖基板的第一像素区和第二像素区。微透镜层可以包括：第一透镜图案，在基板的第一像素区上，第一透镜图案具有第一弯曲表面；和第二透镜图案，在基板的第二像素区上，第二透镜图案具有第二弯曲表面。在第一弯曲表面与第二弯曲表面相接的位置的水平处，第一透镜图案的宽度可以大于第二透镜图案的宽度。第一透镜图案的高度可以大于第二透镜图案的高度。
6.根据一些示例实施方式的另一方面，提供一种图像传感器，该图像传感器包括：基板，具有第一像素区和第二像素区；多个光电转换区，对应地在基板的第一像素区和第二像素区中；隔离图案，在基板中且在光电转换区之间；滤色器，在基板的第一表面上；在滤色器上的微透镜层；第一栅极图案，在基板的第一像素区上且在基板的第二表面上；第二栅极图案，在基板的第二像素区上且在基板的第二表面上；以及布线层，在基板的第二表面上并覆盖第一栅极图案和第二栅极图案。基板可以包括：第一浮置扩散区，在基板的第一像素区上；以及第二浮置扩散区，在基板的第二像素区上。微透镜层可以包括：第一透镜图案，在基板的第一像素区上；第二透镜图案，在基板的第二像素区上；以及平坦化层，在滤色器与第一透镜图案之间以及在滤色器与第二透镜图案之间。第一透镜图案和第二透镜图案可以在滤色器上。第一像素区的宽度可以大于第二像素区的宽度。第一透镜图案的高度可以大于第二透镜图案的高度。
附图说明
7.从以下结合附图的详细描述，以上和其它的方面将被更清楚地理解，附图中：
8.图1示出电路图，示出根据一些示例实施方式的图像传感器的一像素；
9.图2a示出平面图，示出根据一些示例实施方式的图像传感器；
10.图2b示出沿着图2a的线i-ii截取的剖视图；
11.图3a至图3g示出剖视图，示出根据一些示例实施方式的制造图像传感器的方法；
12.图4a示出剖视图，示出根据一些示例实施方式的图像传感器；
13.图4b示出剖视图，示出根据一些示例实施方式的图像传感器；以及
14.图4c示出剖视图，示出根据一些示例实施方式的图像传感器。
具体实施方式
15.在本说明书中，相同的附图标记可以指示相同的部件。附图不一定按比例，一些尺寸可以被夸大以提高易读性并易于描述。现在将在下面描述根据一些示例实施方式的图像传感器。
16.图1示出电路图，示出根据一些示例实施方式的图像传感器的一像素。
17.参照图1，图像传感器的每个像素可以包括光电转换区pd、传输晶体管tx、源极跟随器晶体管sx、复位晶体管rx和选择晶体管ax。传输晶体管tx、源极跟随器晶体管sx、复位晶体管rx和选择晶体管ax可以分别包括传输栅极tg、源极跟随器栅极sg、复位栅极rg和选择栅极ag。
18.光电转换区pd可以是包括n型杂质区和p型杂质区的光电二极管。浮置扩散区fd可以用作传输晶体管tx的漏极。浮置扩散区fd也可以用作复位晶体管rx的源极。浮置扩散区fd可以电连接到源极跟随器晶体管sx的源极跟随器栅极sg。源极跟随器晶体管sx可以连接到选择晶体管ax。
19.下面将参照图1说明图像传感器的操作。首先，可以在光阻挡状态下将电源电压v
dd
施加到复位晶体管rx的漏极和源极跟随器晶体管sx的漏极，使得复位晶体管rx可以被导通以释放保留在浮置扩散区fd上的电荷。此后，当复位晶体管rx截止并且外部光入射到光电转换区pd上时，可以从光电转换区pd产生电子-空穴对。空穴可以传输到光电转换区pd的p型杂质区并在其上累积，电子可以传输到光电转换区pd的n型杂质区并在其上累积。当传输晶体管tx导通时，诸如电子和空穴的电荷可以传输到浮置扩散区fd并在其上累积。源极跟随器晶体管sx的栅极偏压可以与累积电荷的量成比例地变化，这可以导致源极跟随器晶体管sx的源极电位的变化。在这种情况下，当选择晶体管ax被导通时，电荷可以被读出作为通过列线传输的信号。
20.布线可以电连接到传输栅极tg、源极跟随器栅极sg、复位栅极rg和选择栅极ag中的一个或更多个。布线可以配置为将电源电压v
dd
施加到复位晶体管rx的漏极或源极跟随器晶体管sx的漏极。布线可以包括连接到选择晶体管ax的列线。布线可以是下面将在图2b中讨论的导电结构830。
21.图1通过示例示出包括一个光电转换区pd和四个晶体管tx、rx、ax和sx的像素，但是示例实施方式不限于此。例如，在一些实施方式中，像素可以被提供为多个，并且相邻的像素可以共用复位晶体管rx、源极跟随器晶体管sx和选择晶体管ax中的一个。因此，图像传
感器可以在集成上提高。
22.图2a示出平面图，示出根据一些示例实施方式的图像传感器。图2b示出沿着图2a的线i-ii截取的剖视图。
23.参照图2a和图2b，图像传感器可以包括基板100、隔离图案210、器件隔离图案220、第一栅极图案g1、第二栅极图案g2、布线层800、电介质层400、保护层430、围栏图案450、滤色器cf和微透镜层500。
24.当在平面图中观看时，基板100可以包括像素阵列区和边缘区。当在平面图中观看时，像素阵列区可以设置在基板100的中央部分上。边缘区可以围绕像素阵列区。焊盘端子(未示出)可以提供在边缘区上。像素阵列区可以包括多个单位像素组upg，每个单位像素组upg可以包括第一像素区px1和第二像素区px2。单位像素组upg可以构成阵列。参照图1讨论的像素可以对应地形成在基板100的第一像素区px1和第二像素区px2上。例如，像素的部件可以提供在第一像素区px1和第二像素区px2的每个上。第一像素区px1和第二像素区px2中的每个可以从入射光输出相应的光电转换信号。根据一些示例实施方式，第一像素区px1可以用作主像素，第二像素区px2可以用作辅助像素。例如，当图像传感器工作时，在每个单位像素组upg上，可以使用从第二像素区px2输出的光电转换信号来校正从第一像素区px1输出的光电转换信号。因此，图像传感器可以提高光学性能和感测精度。然而，第二像素区px2不限于上述辅助像素功能。
25.多个第一像素区px1可以二维地布置成多行和多列。行可以平行于第一方向d1。列可以平行于第二方向d2。第一像素区px1可以排布在第一对角线方向d3上。第一像素区px1可以排布在第二对角线方向d4上。在本说明书中，第一方向d1可以平行于基板100的第一表面100a。第二方向d2可以平行于第一表面100a并且不同于第一方向d1。例如，在一些实施方式中，第二方向d2可以与第一方向d1基本上正交。第一对角线方向d3可以平行于基板100的第一表面100a，并可以与第一方向d1和第二方向d2交叉。例如，在一些实施方式中，第一对角线方向d3和第一方向d1可以彼此成约45度的角度，第一对角线方向d3和第二方向d2可以彼此成约45度的角度。第二对角线方向d4可以平行于第一表面100a，并可以与第一方向d1、第二方向d2和第一对角线方向d3交叉。例如，在一些实施方式中，第二对角线方向d4可以与第一对角线方向d3基本上正交。第三方向d5可以与第一方向d1、第二方向d2、第一对角线方向d3和第二对角线方向d4交叉。例如，在一些实施方式中，第三方向d5可以基本上垂直于基板100的第一表面100a。
26.在一些实施方式中，当在平面图中观看时，每个第一像素区px1可以具有八边形形状。每个第一像素区px1可以具有第一宽度w11。第一宽度w11可以在第一方向d1上测量，并可以是在基板100的第一表面100a处的宽度。第一宽度w11可以对应于将在下面讨论的隔离图案210的两个相对的侧壁之间的间隔。
27.当在平面图中观看时，多个第二像素区px2中的每个可以被四个相邻的第一像素区px1围绕。当在平面图中观看时，第二像素区px2可以沿着第一方向d1和第二方向d2二维地布置。当在第一方向d1上观看时，第二像素区px2可以对应地设置在第一像素区px1之间。在这样的配置中，第一像素区px1和第二像素区px2可以在第一方向d1上交替地设置。当在第二方向d2上观看时，第二像素区px2可以对应地设置在第一像素区px1之间。在这样的配置中，第一像素区px1和第二像素区px2可以在第二方向d2上交替地设置。
28.在一些实施方式中，当在平面图中观看时，每个第二像素区px2可以具有四边形形状。第二像素区px2的尺寸可以小于第一像素区px1的尺寸。例如，每个第二像素区px2可以具有第二宽度w12。第二宽度w12可以小于第一宽度w11。第二宽度w12可以在第一方向d1上测量。第二宽度w12可以对应于将在下面讨论的隔离图案210的两个相对的侧壁之间的间隔，并可以在基板100的第一表面100a上测量。此外，第二像素区px2在第二方向d2上的宽度可以小于第一像素区px1在第二方向d2上的宽度。在本说明书中，两个部件的宽度可以在相同的水平处在同一方向上相互比较。
29.根据一些示例实施方式，可以调整第一像素区px1的平面形状和第一宽度w11，并且可以调整第二像素区px2的平面形状和第二宽度以使得第一像素区px1和第二像素区px2可以以高的集成密度设置。因此，图像传感器可以在光学性能上提高。
30.基板100可以具有彼此面对的第一表面100a和第二表面100b。第一表面100a可以是基板100的后表面，第二表面100b可以是基板100的前表面。基板100可以接收入射在第一表面100a上的光。基板100可以是半导体基板，诸如硅基板或绝缘体上硅(soi)基板。半导体基板可以是例如硅基板、锗基板或硅锗基板。基板100还可以包括iii族元素。iii族元素可以是具有第一导电类型的杂质。基板100可以包括第一导电类型的杂质并可以因此具有第一导电类型。例如，第一导电类型的杂质可以包括p型杂质，诸如铝(al)、硼(b)、铟(in)和镓(ga)中的一种或更多种。
31.基板100可以包括第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2。第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2可以插设在基板100的第一表面100a和第二表面100b之间。基板100可以包括提供在对应的第一像素区px1上的第一光电转换区pd1。基板100还可以包括提供在对应的第二像素区px2上的第二光电转换区pd2。第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2还可以包括v族元素。v族元素可以是具有第二导电类型的杂质。第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2可以每个是基板100在该处掺有第二导电类型的杂质的区域。在一些实施方式中，第二导电类型的杂质可以具有与第一导电类型的杂质的导电类型相反的导电类型。第二导电类型的杂质可以包括n型杂质，诸如磷、砷、铋和锑中的一种或更多种。第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2可以深地设置在基板100的第二表面100b下方。
32.第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2中的每个可以具有与图1的示例中讨论的光电转换区pd的功能和作用相同的功能和相同的作用。相比之下，第二光电转换区pd2的体积可以小于第一光电转换区pd1的体积。例如，第二光电转换区pd2的宽度可以小于第一光电转换区pd1的宽度。第二光电转换区pd2的电荷储存能力可以小于第一光电转换区pd1的电荷储存能力。下面将通过示例的方式讨论单个第一像素区px1和单个第二像素区px2。然而，将理解，该描述同等地适用于图像传感器的其它第一像素区px1和第二像素区px2。
33.基板100可以在其中提供有隔离图案210，隔离图案210限定第一像素区px1和第二像素区px2。例如，隔离图案210可以提供在基板100的第一像素区px1和第二像素区px2中的相邻的像素区之间。隔离图案210可以是像素隔离图案。隔离图案210可以提供在第一沟槽191中，第一沟槽191可以从基板100的第二表面100b凹陷。在一些实施方式中，隔离图案210可以是深沟槽隔离(dti)层。隔离图案210可以进一步穿透基板100的第一表面100a。隔离图案210可以在隔离图案210的顶表面处具有比在隔离图案210的底表面处的宽度w22小的宽度w21。隔离图案210的顶表面可以与基板100的第一表面100a共面。隔离图案210的底表面
可以与隔离图案210的顶表面相反。
34.隔离图案210可以包括电介质隔离图案211、导电隔离图案215和覆盖图案217。电介质隔离图案211可以沿着第一沟槽191的侧壁提供。电介质隔离图案211可以包括例如硅基电介质材料(例如硅氮化物、硅氧化物和硅氮氧化物)和高k电介质材料(例如铪氧化物和铝氧化物)中的一种或更多种。可选地，电介质隔离图案211可以包括多个层，这些层可以包括彼此不同的材料。电介质隔离图案211可以具有比基板100的折射率小的折射率。因此，可以防止或减少在基板100的第一像素区px1和第二像素区px2之间的串扰问题。
35.导电隔离图案215可以提供在电介质隔离图案211中。电介质隔离图案211可以插设在导电隔离图案215和基板100之间。当图像传感器工作时，导电隔离图案215可以被供应负偏置电压以防止在隔离图案210和基板100之间发生暗电流。电介质隔离图案211可以将导电隔离图案215与基板100分隔开。因此，导电隔离图案215可以与基板100电分离。导电隔离图案215可以包括晶体半导体材料，诸如多晶硅。导电隔离图案215还可以包括掺杂剂，该掺杂剂可以包括第一导电类型的杂质或第二导电类型的杂质。例如，导电隔离图案215可以包括掺杂的多晶硅。导电隔离图案215可以具有向上凸起的底表面。然而，导电隔离图案215的底表面不限于上述形状，而是可以进行各种改变。
36.覆盖图案217可以设置在导电隔离图案215的底表面上，并可以覆盖电介质隔离图案211的下侧壁。覆盖图案217可以填充第一沟槽191的下部。电介质隔离图案211可以进一步延伸到在基板100和覆盖图案217之间的间隙中。覆盖图案217可以包括含硅电介质材料，诸如硅氧化物、原硅酸四乙酯(teos)和硅氮氧化物中的一种或更多种。可选地，隔离图案210可以不包括覆盖图案217，并且导电隔离图案215的底表面可以位于与基板100的第二表面100b的水平基本上相同的水平处。
37.第一栅极图案g1和第二栅极图案g2可以设置在基板100的第二表面100b上。第一栅极图案g1可以提供在第一像素区px1上。第二栅极图案g2可以提供在第二像素区px2上。第一栅极图案g1和第二栅极图案g2中的每个可以用作以上在图1中讨论的传输晶体管tx、源极跟随器晶体管sx、复位晶体管rx和选择晶体管ax中的一个的栅电极。例如，第一栅极图案g1和第二栅极图案g2中的每个可以包括传输栅极tg、源极跟随器栅极sg、复位栅极rg和选择栅极ag中的一个。
38.为了附图的简单起见，图2b绘出单个第一栅极图案g1设置在一个第一像素区px1上，但是在一些实施方式中，多个第一栅极图案g1可以设置在一个第一像素区px1上。此外，多个第二栅极图案g2可以设置在一个第二像素区px2上。下面将通过示例的方式讨论单个第一栅极图案g1和单个第二栅极图案g2。
39.第一栅极图案g1和第二栅极图案g2中的每个可以具有垂直栅极结构或掩埋栅极结构。例如，第一栅极图案g1和第二栅极图案g2中的每个可以包括第一部分310和第二部分320。第一栅极图案g1和第二栅极图案g2中的每个的第一部分310可以突出到基板100中。第一部分310可以是垂直区段并可以具有平行于第三方向d5的主轴。第二部分320可以设置在基板100的第二表面100b上。第二部分320可以是水平区段。第二部分320可以连接到第一部分310。第二部分320可以包括与第一部分310的材料相同的材料。第一栅极图案g1和第二栅极图案g2可以包括金属、金属硅化物、多晶硅或其任何组合。在这种情况下，多晶硅可以包括掺杂的多晶硅。
40.栅极电介质图案340可以插设在第一栅极图案g1和第二栅极图案g2中的每个与基板100之间。栅极电介质图案340可以包括例如硅基电介质材料(例如，硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物)和高k电介质材料(例如，铪氧化物和铝氧化物)中的一种或更多种。
41.基板100可以包括第一浮置扩散区fd1和第二浮置扩散区fd2。第一浮置扩散区fd1可以提供在第一像素区px1中并设置在第一栅极图案g1的一侧。第二浮置扩散区fd2可以提供在第二像素区px2中并设置在第二栅极图案g2的一侧。第一浮置扩散区fd1和第二浮置扩散区fd2可以与基板100的第二表面100b相邻。第一浮置扩散区fd1和第二浮置扩散区fd2可以具有分别与第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2间隔开的底表面。第一浮置扩散区fd1和第二浮置扩散区fd2可以每个是掺有第二导电类型的杂质(例如，n型杂质)的区域。第一浮置扩散区fd1和第二浮置扩散区fd2中的每个可以具有与图1的示例中讨论的浮置扩散区fd的功能和作用基本上相同的功能和基本上相同的作用。例如，当图像传感器工作时，第一浮置扩散区fd1可以接收从第一光电转换区pd1产生的电荷。第二浮置扩散区fd2可以接收从第二光电转换区pd2产生的电荷。
42.基板100可以包括杂质区111。杂质区111可以在第一像素区px1上设置在基板100中。杂质区111可以与基板100的第二表面100b相邻。杂质区111可以具有与第一光电转换区pd1间隔开的底表面。尽管没有示出，但是在一些实施方式中，杂质区111还可以在第二像素区px2上设置在基板100中。杂质区111可以是掺有第二导电类型的杂质(例如，n型杂质)的区域。杂质区111可以是有源区。在这种情况下，有源区可以是用于晶体管的操作的区域，并可以包括参照图1讨论的晶体管的源极/漏极区。晶体管可以包括参照图1讨论的源极跟随器晶体管sx、复位晶体管rx和选择晶体管ax中的一个。
43.器件隔离图案220可以提供在基板100中。器件隔离图案220可以限定有源区。例如，器件隔离图案220可以限定杂质区111、第一浮置扩散区fd1和第二浮置扩散区fd2。例如，器件隔离图案220可以在杂质区111之一的至少一侧、在第一浮置扩散区fd1的一侧和/或在第二浮置扩散区fd2的一侧设置在基板100中。器件隔离图案220可以提供在第二沟槽192中，第二沟槽192可以从基板100的第二表面100b凹陷。在一些实施方式中，器件隔离图案220可以是浅沟槽隔离(sti)层。例如，器件隔离图案220可以具有比隔离图案210的高度小的高度。器件隔离图案220的一部分可以连接到电介质隔离图案211的侧壁。器件隔离图案220可以包括例如硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物中的一种或更多种。
44.基板100可以在第一表面100a上包括滤色器cf。滤色器cf可以对应地设置在所述多个单位像素组upg上。滤色器cf可以构成滤色器阵列。每个滤色器cf可以具有与对应的单位像素组upg的平面形状对应的平面形状。每个滤色器cf可以包括红色、蓝色和绿色滤色器中的一种。
45.每个滤色器cf可以设置在对应的单位像素组upg的对应的第一像素区px1和第二像素区px2上。每个滤色器cf可以与第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2垂直地重叠。因此，滤色器cf可以由对应的单位像素组upg的第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2共用。对应的单位像素组upg的第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2可以由穿过单个滤色器cf的光输出光电信号。对于给定的单位像素组upg，可以使用从第二像素区px2输出的光电转换信号来校正从第一像素区px1输出的光电转换信号。
46.图像传感器还可以包括围栏图案450。围栏图案450可以插设在两个相邻的滤色器
cf之间并将这两个相邻的滤色器cf分隔开。例如，围栏图案450可以将多个滤色器cf彼此光学地分隔开。围栏图案450可以与隔离图案210的至少一部分垂直地重叠。围栏图案450可以包括金属、金属氮化物或低折射材料。例如，围栏图案450可以包括钛或钛氮化物。低折射材料可以包括聚合物和在该聚合物中的纳米颗粒，并可以具有电介质特性。该纳米颗粒可以包括例如二氧化硅(silica)。
47.图像传感器还可以包括电介质层400。电介质层400可以插设在基板100和滤色器cf之间以及在隔离图案210和围栏图案450之间。电介质层400可以是背侧电介质层。电介质层400可以包括底部抗反射涂覆(barc)层。在一些实施方式中，电介质层400可以包括多个层。例如，电介质层400可以包括堆叠在基板100的第一表面100a上的固定电荷层、掩埋电介质层、硅氮化物层和覆盖层。固定电荷层可以包括金属氧化物，诸如堆叠的铝氧化物和铪氧化物。掩埋电介质层可以包括原硅酸四乙酯(teos)或硅氧化物。覆盖层可以包括金属氧化物，诸如铪氧化物。电介质层400可以不包括固定电荷层、掩埋电介质层、硅氮化物层和覆盖层中的一个或更多个。
48.图像传感器还可以包括保护层430。保护层430可以插设在电介质层400和滤色器cf之间以及在围栏图案450和滤色器cf之间。例如，保护层430可以包括铝氧化物或铪氧化物。保护层430可以保护第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2免受外部环境的影响。
49.微透镜层500可以设置在基板100的第一表面100a上，并可以覆盖所述多个单位像素组upg。例如，微透镜层500可以设置在滤色器cf上。微透镜层500可以包括平坦化层530、第一透镜图案510和第二透镜图案520。微透镜层500的平坦化层530可以设置在滤色器cf上。
50.第一透镜图案510可以设置在微透镜层500的平坦化层530上。第一透镜图案510可以提供在第一像素区px1上，并可以设置在与第一光电转换区pd1的位置对应的位置上。因此，在图像传感器中，可以分别对应于第一像素区px1提供多个第一透镜图案510。第一透镜图案510可以具有第一表面510a和底表面。第一透镜图案510的底表面可以是假想表面，该假想表面可以朝向基板100。第一表面510a可以是第一透镜图案510的顶表面，该第一表面510a可以不朝向基板100。第一透镜图案510的第一表面510a可以远离基板100的第一表面100a突出。第一透镜图案510的第一表面510a可以是弯曲表面。例如，在一些实施方式中，第一透镜图案510可以具有半球形截面。第一透镜图案510可以将光聚焦在第一光电转换区pd1上。第一表面510a的曲率可以调整第一透镜图案510的焦点。因此，可以调整入射在第一光电转换区pd1上的光的量。根据一些示例实施方式，第一透镜图案510的第一表面510a和基板100的第一表面100a可以在它们之间具有为第一半径的约2.5倍至约3.5倍的最大间隔a。在本说明书中，第一半径可以是由从在第一透镜图案510的第一表面510a上的点中选择的至少三个点假想地形成的假想半球形(或假想圆形)的半径。最大间隔a可以对应于在第一透镜图案510的第一表面510a上的最上部与基板100的第一表面100a之间的间距。当在第一透镜图案510的第一表面510a与基板100的第一表面100a之间的最大间隔a小于第一半径的约2.5倍时，第一光电转换区pd1可能接收减少的入射光的量。当在第一透镜图案510的第一表面510a与基板100的第一表面100a之间的最大间隔a大于第一半径的约3.5倍时，入射光的焦点可能指向器件隔离图案220或第一栅极图案g1。在这种情况下，光可能被器件隔离图案220或第一栅极图案g1散射。根据一些示例实施方式，由于在第一透镜图案510的第一
表面510a与基板100的第一表面100a之间的最大间隔a在第一半径的约2.5倍至约3.5倍的范围内，所以图像传感器可以在光学性能上提高。
51.第一透镜图案510可以具有第一透镜宽度w1和第一高度h1。第一透镜宽度w1可以是在第一透镜图案510的底表面处的宽度。第一透镜图案510的底表面可以是假想表面，其可以位于和第一透镜图案510的第一表面510a与第二透镜图案520的第二表面520a相接的位置的水平相同的水平处。第一高度h1可以是在第一表面510a的最上部与第一透镜图案510的底表面之间的间隔距离。例如，第一高度h1可以是第一透镜图案510的最大高度。第一高度h1可以对应于第一透镜图案510的第一表面510a的最高水平和最低水平之间的差。第一高度h1可以是第一透镜宽度w1的约30％至约50％。当第一高度h1小于第一透镜宽度w1的约30％或大于第一透镜宽度w1的约50％时，第一光电转换区pd1可能接收减少的入射光的量。由于第一高度h1是第一透镜宽度w1的约30％至约50％，所以在第一透镜图案510的第一表面510a与基板100的第一表面100a之间的最大间隔a可以落入第一半径的约2.5倍至约3.5倍的范围内。
52.微透镜层500的第二透镜图案520可以设置在平坦化层530上并侧向地设置到第一透镜图案510。第二透镜图案520可以提供在第二像素区px2上，并可以设置在与第二光电转换区pd2的位置相对应的位置上。因此，在图像传感器中，可以分别对应于第二像素区px2提供多个第二透镜图案520。第二透镜图案520可以具有第二表面520a和底表面。第二透镜图案520的第二表面520a可以不指向基板100。第二透镜图案520的第二表面520a可以远离基板100的第一表面100a突出。第二透镜图案520的第二表面520a可以是弯曲表面。例如，在一些实施方式中，第二透镜图案520可以具有半球形截面。第二透镜图案520可以将光聚焦在第二光电转换区pd2上。第二透镜图案520的第二表面520a的曲率可以调节入射在第二光电转换区pd2上的光的量。在一些实施方式中，第二透镜图案520的第二表面520a的曲率可以不同于第一透镜图案510的第一表面510a的曲率，但是示例实施方式不限于此。
53.第二透镜图案520可以具有第二透镜宽度w2和第二高度h2。第二透镜宽度w2可以是在第二透镜图案520的底表面处的宽度。第二透镜图案520的底表面可以是假想表面并可以位于和第一透镜图案510的第一表面510a与第二透镜图案520的第二表面520a相接的位置的水平相同的水平处。第二透镜图案520的底表面可以朝向基板100。第二透镜宽度w2可以小于第一透镜宽度w1。例如，第二透镜宽度w2可以是第一透镜宽度w1的约30％至约50％。第二高度h2可以是第二透镜图案520的最大高度。第二高度h2可以是在第二透镜图案520的第二表面520a的最上部与第二透镜图案520的底表面之间的间隔距离。第二高度h2可以对应于第二透镜图案520的第二表面520a的最高水平和最低水平之间的差。第二高度h2可以小于第一高度h1。例如，第二高度h2可以是第一高度h1的约20％至约30％。根据一些示例实施方式，由于第二高度h2是第一高度h1的约20％至约30％，并且由于第二透镜宽度w2是第一透镜宽度w1的约30％至约50％，所以第二光电转换区pd2可以接收增加的入射光的量，并且图像传感器可以具有第一像素区px1和第二像素区px2的高集成。
54.如图2a所示，当在第一方向d1上观看时，多个第二透镜图案520可以对应地设置在第一透镜图案510之间。例如，第一透镜图案510和第二透镜图案520可以在第一方向d1上彼此交替地设置。当在第二方向d2上观看时，第二透镜图案520可以对应地设置在第一透镜图案510之间。第一透镜图案510可以沿着第一对角线方向d3和第二对角线方向d4排布。当在
平面图中观看时，所述多个第二透镜图案520中的每个可以被四个相邻的第一透镜图案510围绕。由于第二透镜宽度w2小于第一透镜宽度w1，所以第二透镜图案520可以设置在图像传感器的没有被第一透镜图案510占据的区域(或未占据区域)上。因此，第一像素区px1和第二像素区px2可以以高集成密度设置。没有被第一透镜图案510占据的未占据区域可以包括第二像素区px2。
55.微透镜层500的平坦化层530可以插设在基板100和第一透镜图案510之间以及在基板100和第二透镜图案520之间。平坦化层530可以具有第三高度h3。第三高度h3可以是在平坦化层530的顶表面和底表面之间的间隔距离，平坦化层530的该顶表面可以是假想表面并可以位于和第一透镜图案510与第二透镜图案520相接的位置的水平相同的水平处。第三高度h3可以是第一高度h1的约0.8倍至约1.5倍。由于第三高度h3等于或大于第一高度h1的约0.8倍，所以第一透镜图案510的焦点可以不提供在平坦化层530、滤色器cf或电介质层400上。由于第三高度h3等于或小于第一高度h1的约1.5倍，所以可以防止器件隔离图案220散射穿过第一透镜图案510的光。第一透镜图案510和第二透镜图案520可以与平坦化层530一体地形成并且连接到彼此而在其间没有边界。
56.微透镜层500可以是透明的以允许光穿过。微透镜层500可以包括有机材料，诸如聚合物。例如，微透镜层500可以包括光致抗蚀剂材料或热固性树脂。
57.图像传感器还可以包括涂层(未示出)。涂层(未示出)可以共形地覆盖第一透镜图案510的第一表面510a和第二透镜图案520的第二表面520a。涂层可以包括有机材料并可以是透明的。
58.布线层800可以设置在基板100的第二表面100b上。布线层800可以包括第一电介质层810、多个第二电介质层820和导电结构830。第一电介质层810可以覆盖基板100的第二表面100b、第一栅极图案g1的侧壁和第二栅极图案g2的侧壁。所述多个第二电介质层820可以堆叠在第一电介质层810上。第一电介质层810和第二电介质层820可以包括硅基电介质材料，诸如硅氧化物、硅氮化物和硅氮氧化物中的一种或更多种。
59.导电结构830可以提供在第一电介质层810和第二电介质层820中。导电结构830可以包括接触插塞部分、线部分和通路部分。导电结构830的接触插塞部分可以提供在第一电介质层810中并电连接到第一浮置扩散区fd1、第二浮置扩散区fd2、第一栅极图案g1和第二栅极图案g2中的一个。导电结构830的线部分可以插设在第一电介质层810和第二电介质层820中的两个相邻的电介质层之间。线部分可以连接到接触插塞部分。导电结构830的通路部分可以穿透第二电介质层820中的至少一个并可以连接到线部分。
60.布线层800还可以包括电容器840。电容器840可以包括第一电极图案831、第二电极图案832和电介质层820d。第一电极图案831可以提供在第二电介质层820中。第一电极图案831可以通过导电结构830电连接到第二浮置扩散区fd2。第二电极图案832可以提供在第二电介质层820中并与第一电极图案831间隔开。第一电极图案831和第二电极图案832可以包括金属或导电聚合物。例如，第一电极图案831可以是多个导电结构830的线部分中的一个。第二电极图案832可以是所述多个导电结构830的线部分中的另一个。电介质层820d可以插设在第一电极图案831和第二电极图案832之间。在一些实施方式中，电介质层820d可以是第二电介质层820中的一个的一部分。例如，第二电介质层820中的一个可以插设在第一电极图案831和第二电极图案832之间，从而形成电介质层820d。在这种情况下，第二电介
质层820中的所述一个和电介质层820d可以连接到彼此而在其间没有边界。电容器840可以不连接到第一浮置扩散区fd1，但是实施方式不限于此。
61.根据一些示例实施方式，在第二光电转换区pd2中储存电荷所需的时间可以不同于在第一光电转换区pd1中储存电荷所需的时间。在储存的电荷从第一光电转换区pd1转移到第一浮置扩散区fd1的第一时段期间，第一像素区px1可能难以获得入射光的信息。在第一时段期间，第二光电转换区pd2可以响应于入射光而储存电荷。单个滤色器cf可以由单位像素组upg的第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2共用。从第二像素区px2输出的光电转换信号可以用于校正从第一像素区px1输出的光电转换信号。因此，可以防止在第一时段期间丢失关于光的信息。
62.根据一些示例实施方式，第二光电转换区pd2可以具有比第一光电转换区pd1的储存容量小的储存容量。由于电容器840连接到第二像素区px2的第二浮置扩散区fd2，所以可以补偿第二光电转换区pd2的储存容量。因此，图像传感器可以在光学性能上提高。
63.与图2a和图2b所示的不同，在一些实施方式中，基板100可以省略第二像素区px2，并且微透镜层500可以省略第二透镜图案520。另外的部件(诸如在第二像素区px2上的第二栅极图案g2和第二浮置扩散区fd2)也可以被省略。在这种情况下，当在平面图中观看时，第一像素区px1可以具有四边形形状。然而，以上阐述的描述可以适用于第一透镜图案510的第一高度h1和第一透镜宽度w1，并且还可以适用于在第一透镜图案510的第一表面510a与基板100的第一表面100a之间的最大间隔a。
64.图3a至图3g示出剖视图，示出根据一些示例实施方式的制造图像传感器的方法。为简洁起见，下面将省略重复的描述。
65.参照图3a，可以制备具有第一像素区px1和第二像素区px2的基板100。基板100可以掺有第一导电类型的杂质。基板100可以掺有第二导电类型的杂质以形成第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2。第二沟槽192和器件隔离图案220可以形成在基板100的第二表面100b处。第一沟槽191和隔离图案210可以形成在基板100中。基板100的第二表面100b可以被掺有第一导电类型的杂质以形成第一浮置扩散区fd1和第二浮置扩散区fd2以及杂质区111。第一栅极图案g1和第二栅极图案g2可以分别形成在第一像素区px1和第二像素区px2上。可以通过在基板100的第二表面100b上形成第一电介质层810和第二电介质层820以及导电结构830来制造布线层800。在这种情况下，可以进一步形成电容器840。
66.基板100的第一表面100a可以经受研磨工艺以减薄基板100。可以在减薄的基板100的第一表面100a上形成电介质层400、围栏图案450、保护层430和多个滤色器cf。
67.初始透镜层501可以形成在基板100的第一表面100a上，从而覆盖滤色器cf的顶表面。初始透镜层501可以通过使用光致抗蚀剂材料或热固性树脂的涂覆工艺形成。初始透镜层501可以具有基本上平坦的顶表面。例如，初始透镜层501的顶表面可以平行于第一方向d1。在一些实施方式中，初始透镜层501的顶表面可以平行于基板100的第一表面100a。
68.可以在初始透镜层501上形成第一牺牲层611。第一牺牲层611可以通过例如涂覆工艺形成。第一牺牲层611可以包括有机材料。例如，第一牺牲层611可以包括聚合物，诸如光致抗蚀剂。第一牺牲层611可以是例如抗蚀剂层。
69.参照图3b，第一牺牲层611可以被图案化以形成第一初始牺牲图案610p。第一牺牲层611的图案化可以通过曝光工艺和显影工艺来执行。例如，可以通过曝光工艺将第一牺牲
层611曝光，并且在曝光工艺之后，第一牺牲层611可以包括曝光部分和未曝光部分。第一牺牲层611的曝光部分可以包括其化学结构不同于第一牺牲层611的未曝光部分的化学结构的材料。在显影工艺期间，第一牺牲层611的曝光部分和未曝光部分中的一个或更多个可以被去除以形成第一初始牺牲图案610p。第一初始牺牲图案610p可以提供为多个，并且多个第一初始牺牲图案610p可以对应地形成在第一像素区px1和第二像素区px2上。也就是，所述多个第一初始牺牲图案610p中的第一初始牺牲图案610p可以形成在每个第一像素区px1上以及在每个第二像素区px2上。第一初始牺牲图案610p可以彼此横向地间隔开。在一些实施方式中，每个第一初始牺牲图案610p可以具有基本上相同的高度。第一初始牺牲图案610p的顶表面可以平行于第一方向d1，但是实施方式不限于此。
70.参照图3c，第一初始牺牲图案610p可以被回流以相应地形成第一牺牲图案610。第一初始牺牲图案610p可以在约130℃和约200℃之间的温度回流。在回流工艺期间，如图3c中的箭头所示，第一初始牺牲图案610p可以向下朝向初始透镜层501的顶表面流动。第一初始牺牲图案610p的顶表面和侧壁可以形成第一牺牲图案610中的对应的第一牺牲图案610的第一表面610a。第一牺牲图案610的第一表面610a可以每个是弯曲表面。第一牺牲图案610的第一表面610a可以每个具有向上凸起的形状。第一牺牲图案610的第一表面610a可以从初始透镜层501突出而不指向初始透镜层501。例如，在一些实施方式中，每个第一牺牲图案610可以具有半球形状。
71.第一牺牲图案610可以提供在与第一像素区px1和第二像素区px2的位置相对应的对应位置上。第一牺牲图案610可以彼此横向地间隔开。第一牺牲图案610的高度可以彼此相同或彼此相似。第一牺牲图案610的宽度可以彼此相同或彼此相似。
72.参照图3d，可以在初始透镜层501上形成第二牺牲层621，从而覆盖第一牺牲图案610。第二牺牲层621的形成可以包括在初始透镜层501和第一牺牲图案610上涂覆有机材料。第二牺牲层621可以包括聚合物，诸如光致抗蚀剂。第二牺牲层621可以是例如抗蚀剂层。在一些实施方式中，第二牺牲层621可以包括与第一牺牲图案610的材料相同的材料。可选地，在另一些实施方式中，第二牺牲层621可以包括与第一牺牲图案610的材料不同的材料。
73.参照图3e，第二牺牲层621可以被图案化以形成第二初始牺牲图案620p。第二牺牲层621的图案化可以通过与上述的第一牺牲层611的图案化的曝光和显影工艺类似的曝光和显影工艺进行，并且为简洁起见，省略重复的描述。第二初始牺牲图案620p可以彼此横向地间隔开。第二初始牺牲图案620p可以形成在基板100的对应的第一像素区px1上，从而覆盖对应的第一牺牲图案610。例如，每个第二初始牺牲图案620p可以覆盖第一牺牲图案610中的对应的相应一个。第二初始牺牲图案620p可以不形成在第二像素区px2上。第二初始牺牲图案620p可以暴露在第二像素区px2上的第一牺牲图案610。
74.参照图3f，第二初始牺牲图案620p可以被回流以相应地形成第二牺牲图案620。因此，牺牲结构630可以形成在基板100的对应的第一像素区px1上。每个牺牲结构630可以包括第二牺牲图案620以及第一牺牲图案610中的对应的相应一个。牺牲结构630可以不形成在第二像素区px2上。
75.第二初始牺牲图案620p可以在约130℃和约200℃之间的温度回流。在回流工艺期间，如图3f中的箭头所示，第二初始牺牲图案620p可以向下朝向初始透镜层501的顶表面流
动。第二初始牺牲图案620p的顶表面和侧壁可以形成第二牺牲图案620中的对应的第二牺牲图案的第二表面620a。第二牺牲图案620的第二表面620a可以暴露在外部。第二牺牲图案620的第二表面620a可以形成弯曲表面。例如，第二牺牲图案620的每个第二表面620a可以具有向上凸起的形状。在这种情况下，在一些实施方式中，每个牺牲结构630可以具有半球形状。
76.第二牺牲图案620可以彼此横向地间隔开。第二牺牲图案620可以提供在与第一像素区px1的位置对应的对应位置上。第二牺牲图案620可以不提供在第二像素区px2上。根据一些示例实施方式，由于第二初始牺牲图案620p形成在第一牺牲图案610上，所以第二初始牺牲图案620p可以具有各自的第二表面，其最上部的每个位于相对高的水平处。因此，在第一像素区px1上，第二牺牲图案620的第二表面620a可以具有在比第一牺牲图案610的第一表面610a的最上部的水平高的水平处的最上部。在一些实施方式中，第二牺牲图案620的第二表面620a可以具有与第一牺牲图案610的第一表面610a的曲率不同的曲率。每个第二牺牲图案620可以具有为基本上相同高度的高度。每个第二牺牲图案620可以具有为基本上相同宽度的宽度。
77.依次参照图3g和图2b，第一牺牲图案610和第二牺牲图案620可以经受回蚀刻工艺以形成微透镜层500。可以执行回蚀刻工艺使得第一牺牲图案610的形状可以转移到初始透镜层501上，因此可以形成第二透镜图案520。牺牲结构630的形状可以转移到初始透镜层501上，因此可以形成第一透镜图案510。
78.当单个抗蚀剂图案被回流以形成牺牲图案时，牺牲图案可能难以具有大于特定值的高度。牺牲图案可以用于形成透镜图案，该透镜图案可以具有受牺牲图案的曲率限制的曲率。
79.相比之下，牺牲结构630可以每个包括第一牺牲图案610和第二牺牲图案620，因此可以具有相对大的高度。如关于图3f讨论的，在第一牺牲图案610上，可以回流第二初始牺牲图案620p以形成第二牺牲图案620。因此，第二牺牲图案620的第二表面620a可以具有与如现有技术中通过单一抗蚀剂的回流形成的牺牲图案的曲率不同的曲率。第二牺牲图案620的第二表面620a的曲率可以决定第一透镜图案510的第一表面510a的曲率。回蚀刻工艺可以继续直到第一牺牲图案610和牺牲结构630的去除终止。作为回蚀刻工艺的结果，可以制造包括平坦化层530、第一透镜图案510和第二透镜图案520的微透镜层500。如图2b所示，第一透镜图案510的第一高度h1可以是第一透镜图案510的第一宽度w1的约30％至约50％。此外，在第一透镜图案510的第一表面510a与基板100的第一表面100a之间的最大间隔a可以是第一半径的约2.5倍至约3.5倍。以上提及的示例可以制造图2a和图2b中讨论的图像传感器。
80.与所示出的不同，在一些实施方式中，基板100可以不包括第二像素区px2，并且在第二像素区px2上的部件可以不被形成。图3f中讨论的第二牺牲图案620可以形成在对应的第一牺牲图案610上。可以对牺牲结构630执行图3g的回蚀刻工艺。因此，在此配置中，以上阐述的描述可以适用于第一透镜图案510的第一高度h1和第一透镜宽度w1，还可以适用于在第一透镜图案510的第一表面510a与基板100的第一表面100a之间的最大间隔a。
81.图4a示出沿着图2a的线i-ii截取的剖视图，示出根据一些示例实施方式的图像传感器。
82.参照图4a，图像传感器可以包括基板100、隔离图案210a、第一栅极图案g1、第二栅极图案g2、布线层800、电介质层400、保护层430、围栏图案450、滤色器cf和微透镜层500。
83.基板100可以在其中提供有隔离图案210a，隔离图案210a限定第一像素区px1和第二像素区px2。隔离图案210a可以与关于图2a和图2b讨论的隔离图案210相同或相似。例如，隔离图案210a可以限定第一像素区px1和第二像素区px2。与关于图2a和图2b讨论的隔离图案210相对比，隔离图案210a可以提供在背侧沟槽191a中，并且背侧沟槽191a可以穿透基板100的第一表面100a。背侧沟槽191a可以具有提供在基板100中的底表面。隔离图案210a可以具有与基板100的第二表面100b间隔开且位于比第二表面100b的水平高的水平处的底表面。可选地，在一些实施方式中，隔离图案210a还可以穿透基板100的第二表面100b。隔离图案210a可以在顶表面处具有比在隔离图案210a的底表面处的宽度w22'大的宽度w21'。隔离图案210a的顶表面可以位于一水平处，该水平是与基板100的第一表面100a的水平基本上相同的水平。隔离图案210a可以不包括关于图2b讨论的导电隔离图案215和覆盖图案217，并且可以包括与关于图2b讨论的电介质隔离图案211的材料相同的材料。例如，隔离图案210a可以包括填充背侧沟槽191a的硅基电介质材料。
84.与图4a所示的不同，隔离图案210a可以进一步延伸到基板100的第一表面100a上，并且可以进一步提供在基板100和电介质层400之间。
85.又例如，在一些实施方式中，隔离图案210a可以包括与电介质层400的材料相同的材料，并可以连接到电介质层400而在其间没有边界。换言之，隔离图案210a和电介质层400可以彼此一体地形成。
86.可以进一步在基板100中提供像素隔离区120。像素隔离区120可以提供在隔离图案210a的底表面和基板100的第二表面100b之间。像素隔离区120可以包括iii族元素。例如，像素隔离区120可以是掺有具有第一导电类型(例如，p型)的杂质的区域。像素隔离区120和隔离图案210a可以限定第一像素区px1和第二像素区px2。可选地，在一些实施方式中，基板100可以省略像素隔离区120。
87.第一栅极图案g1和第二栅极图案g2可以具有平面栅极结构。第一栅极图案g1和第二栅极图案g2中的每个可以包括第二部分320，但是可以省略关于图2b讨论的第一部分310。第一栅极图案g1和第二栅极图案g2可以位于与基板100的第二表面100b相同或比其更低的水平处。栅极电介质图案340可以插设在基板100与第一栅极图案g1和第二栅极图案g2中的每个之间。栅极电介质图案340可以不延伸到基板100中。
88.图4b示出沿着图2a的线i-ii截取的剖视图，示出根据一些示例实施方式的图像传感器。
89.参照图4b，图像传感器可以包括基板100、第一隔离图案210'、第二隔离图案210a'、器件隔离图案220、第一栅极图案g1、第二栅极图案g2、布线层800、电介质层400、保护层430、围栏图案450、滤色器cf和微透镜层500。
90.第一隔离图案210'可以提供在基板100中且在第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2之间。第一隔离图案210'和第一沟槽191'可以与图2b中示出并关于图2b讨论的隔离图案210和第一沟槽191基本上相同。例如，第一隔离图案210'可以包括电介质隔离图案211、导电隔离图案215和覆盖图案217。相比之下，第一隔离图案210'可以具有在比基板100的第一表面100a低的水平处的顶表面。
91.第二隔离图案210a'可以提供在基板100中且在第一光电转换区pd1和第二光电转换区pd2之间。背侧沟槽191a'和第二隔离图案210a'可以与图4a中示出并关于图4a讨论的背侧沟槽191a和隔离图案210a基本上相同。与图4a相对比，第二隔离图案210a'可以设置在第一隔离图案210'上。第一隔离图案210'和第二隔离图案210a'可以连接到彼此。例如，第二隔离图案210a'可以具有与第一隔离图案210'的顶表面接触的底表面。因此，第一隔离图案210'和第二隔离图案210a'可以限定第一像素区px1和第二像素区px2。
92.图4c示出沿着图2a的线i-ii截取的剖视图，示出根据一些示例实施方式的图像传感器。
93.参照图4c，图像传感器可以包括基板100、隔离图案210、器件隔离图案220、第一栅极图案g1、第二栅极图案g2、布线层800、电介质层400、保护层430、围栏图案450、滤色器cf和微透镜层500。
94.微透镜层500可以包括第一透镜图案510和第二透镜图案520。第一透镜图案510和第二透镜图案520可以与在图2a和图2b的示例中讨论的第一透镜图案510和第二透镜图案520基本上相同。与图2a和图2b相对比，微透镜层500可以省略关于图2b讨论的平坦化层530。第二透镜图案520可以与第一透镜图案510横向地间隔开。
95.图像传感器还可以包括透明保护层470。透明保护层470可以插设在滤色器cf和微透镜层500之间。透明保护层470可以包括电介质材料。透明保护层470可以具有基本上平坦的顶表面。
96.根据各种实施方式，第一透镜图案可以具有顶表面，其曲率被调节以允许第一光电转换区接收增加的入射光的量。因此，图像传感器可以在光学性能上提高。
97.各种实施方式的此详细描述不应被解释为限于这里阐述的实施方式，所意图的是实施方式涵盖各种组合、修改和变化而没有脱离所附权利要求的精神和范围。所附权利要求应当被解释为包括不必在以上明确描述的其它实施方式。
98.本技术要求于2020年10月6日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0128518号的优先权，其公开内容通过引用整体地结合于此。