具体实施方式

以下部分相对于所公开的技术的特定实施方式提供了对所公开的技术的各个方面的更详细的描述，其示例在附图中示出。总的来说，在所有附图中相同的附图标记表示相同或相似的部分。尽管本公开容许各种修改和替换形式，但是其特定的实施方式在附图中以示例的方式示出。在附图中，为了描述方便和清晰，可能夸大元件的尺寸和形状。

图1是示出根据所公开的技术的实施方式的图像传感器100的框图。

参照图1，图像传感器100可以包括像素阵列110、行解码器120、相关双采样(CDS)电路130、模数转换器(ADC)140、输出缓冲器150、列解码器160和定时控制器170。图像传感器100的上述组件仅是示例。根据附加的需求，可以省略一些组件或添加附加的组件。

像素阵列110可以包括多个单位像素(UP)，其布置成包括行和列的二维(2D)形状。各个单位像素可以将光学图像转换成电信号。在一些实现方式中，可以在共享像素的基础上执行这些转换操作，其中两个或更多个单位像素共享至少一个元件。像素阵列110可以从行解码器120接收包括行选择信号、像素复位信号、发送(Tx)信号等的驱动信号，并且可以由从行解码器120接收的驱动信号驱动。

行解码器120可以在定时控制器170的控制下驱动像素阵列110。更具体地，行解码器可以从像素阵列110中选择至少一行。行解码器120可以生成行选择信号以选择多行中的至少一行。行解码器120可以依次使能对应于至少一个所选行的像素的像素复位信号和像素的发送(Tx)信号。结果，可以将从所选行的各个像素生成的模拟类型参考信号和图像信号依次发送到CDS电路130。在这种情况下，根据需要，可以将参考信号和图像信号统称为像素信号。

在一些实现方式中，图像感测装置可以使用相关双采样器(CDS)通过对像素信号采样两次来去除像素的偏移值，从而在这两个样本之间取差。例如，相关双采样器(CDS)可以通过比较在光入射到像素上之前和之后获得的像素输出电压来去除像素的偏移值，使得只有基于入射光的像素信号可以被实际地测量。CDS电路130可以依次采样和保持从像素阵列110发送到多条列线中的每一条的参考信号和图像信号。因此，CDS电路130可以采样和保持对应于像素阵列110的每一列的参考信号和图像信号的电平。

在从定时控制器170接收到控制信号时，CDS电路130可以将对应于每一列的参考信号和图像信号的相关双采样(CDS)信号发送到ADC 140。

ADC 140可以从CDS电路130接收每一列的CDS信号，可以将接收到的CDS信号转换成数字信号，并且因此可以输出数字信号。ADC 140可以基于每一列的CDS信号和从定时控制器170接收的斜坡信号来执行计数操作和计算操作，使得ADC 140可以生成从其中去除了对应于每一列的噪声(例如，各个像素的唯一复位噪声)的数字图像数据。

ADC 140可以包括对应于像素阵列110的各列的多个列计数器，并且可以使用列计数器将每一列的CDS信号转换成数字信号，从而形成图像数据。根据另一实施方式，ADC 140可以包括单个全局计数器，并且可以使用从全局计数器接收的全局代码将对应于每一列的CDS信号转换成数字信号。

输出缓冲器150可以接收从ADC 140接收的每一列的图像数据，可以捕获接收的图像数据，并且可以输出捕获的图像数据。输出缓冲器150可以在从定时控制器170接收到控制信号时暂时地存储从ADC 140输出的图像数据。输出缓冲器150可以操作为接口，其被配置为补偿图像传感器100和联接到图像传感器100的另一装置之间的发送(Tx)速度(或处理速度)的差异。

列解码器160可以在从定时控制器170接收到控制信号时选择输出缓冲器150的列，并且可以依次将暂时存储的图像数据输出到输出缓冲器150。更具体地，列解码器160可以从定时控制器170接收地址信号，可以基于接收到的地址信号生成列选择信号，并且可以选择输出缓冲器150的列，使得列解码器160可以控制图像数据作为输出信号S0从输出缓冲器150的所选列输出。

定时控制器170可以控制行解码器120、ADC 140、输出缓冲器150和列解码器160。

定时控制器170可以向行解码器120、列解码器160、ADC 140和输出缓冲器150发送图像传感器100的组成元件所需的时钟信号、定时控制所需的控制信号以及选择行或列所需的地址信号。根据该实施方式，定时控制器170可以包括逻辑控制电路、锁相环(PLL)电路、定时控制电路、通信接口电路等。

图2是示出基于所公开的技术的一些实现方式的图1所示的像素阵列110的一部分的示例的示意图。

参照图2，像素阵列110的图示部分可以包括9个单位像素P1至P9，其布置成包括三行和三列的(3×3)矩阵。尽管为了描述方便，图2仅示出了从P1至P9的9个单位像素，但其它实现方式也是可能的，并且包括在部分200中的单位像素的数量不限于9个。因此，像素阵列110可以包括布置成由M行和N列组成的矩阵的单位像素，其中M和N是表示像素阵列110中的图像传感器像素的所需的行数和列数的正整数。

在单位像素P1至P9当中的相邻单位像素之间，设置通气格栅结构210以在空间上分离和在光学上隔离相邻单位像素。通气格栅结构210可以是光学不透明的或光学吸收的，以光学隔离邻接或相邻的单位像素，从而减少相邻单位像素之间的光学串扰。通气格栅结构210可以具有层叠层，并且其中可以包括空气。

通气格栅结构210不仅可以布置在沿像素阵列110的行方向(或水平方向)布置的邻接或相邻的单位像素(例如，P1和P2、P2和P3等)之间，还可以布置在沿像素阵列110的列方向(或垂直方向)布置的邻接或相邻的单位像素(例如，P1和P4、P4和P7等)之间。在一些实现方式中，通气格栅结构210不仅可以布置在像素阵列110的行方向上，还可以布置在像素阵列110的列方向上。通气格栅结构210可以沿着其上设置有通气格栅结构210的各个单位像素的一侧延伸。通气格栅结构210可以被定义为包含在其垂直邻接像素或水平邻接像素中，并且还可以被定义为根据需要而将垂直邻接像素或水平邻接像素彼此区分开来。

通气格栅结构210可以形成为在像素阵列110的行方向上延伸，并且在像素阵列110的列方向上延伸。因此，通气格栅结构210可以在像素阵列110的行方向和列方向上具有网格型结构。因此，通气格栅结构210可在像素阵列110中连续形成，使得与特定单位像素邻接或相邻的通气格栅结构可以联接到与不同于特定单位像素的另一单位像素邻接或相邻的另一通气格栅结构210。

在一些实现方式中，通气格栅结构210可以存在于单位像素的两个相对侧，单位像素的一个或更多个滤色器(例如，红色滤色器、绿色滤色器、蓝色滤色器、黄色滤色器等)可以设置在通气格栅结构210的通气格栅之间。在一些实现方式中，通气格栅结构210可以布置成包围特定单位像素的各个滤色器的外围区域。

在各种实现方式中，允许入射光会聚在对应像素上的微透镜可以设置在滤色器上。设置有能够将这种入射光的强度转换成电信号的至少一个光电转换元件的基板可以设置在滤色器下方。光电转换元件可以被实现为响应于光而产生光电荷。例如，光电转换元件包括光电二极管、光电门、光电晶体管、光电导体或能够产生光电荷的一些其它光敏结构。

已经穿过微透镜的入射光可以穿过滤色器。在这种情况下，已经通过特定像素的滤色器的入射光可能通过邻接或相邻的滤色器移动到另一像素，从而导致串扰的发生。串扰会导致像素信号中出现噪声。通气格栅结构210可以允许这种入射光被反射或吸收到各个像素中，并且防止光学串扰的发生。

第一切割线A-A’和第二切割线B-B’可以如图2所示。沿着第一切割线A-A’截取的截面图可以与沿着第二切割线B-B’截取的截面图基本相同。在图3至图6中，将会在下文中参照沿着第一切割线A-A’和第二切割线B-B’中的每一条截取的像素阵列的截面图来描述通气格栅结构210。图7A至图8E示出了形成通气格栅结构210的制造工艺。

图3是示出根据所公开的技术的一些实现方式的沿着图2所示的第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的像素阵列110的一个示例的截面图。

参照图3，通气格栅结构210的两个层叠通气格栅210-1可以设置在沿着第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的截面图上，同时彼此间隔开对应于像素P5的宽度的特定距离。如上所述，像素P5的滤色器可以设置在两个层叠通气格栅210-1之间。滤色器的顶面的高度可以高于层叠通气格栅210-1的高度，可以低于层叠通气格栅210-1的高度，或者可以与层叠通气格栅210-1的高度相同。

如图3所示，沿着像素阵列110的第一切割线A-A’截取的截面图或者沿着像素阵列110的第二切割线B-B’截取的截面图包括基板270、诸如光电二极管275的光电转换元件、至少一个层叠通气格栅210-1、滤色器300、覆盖层310和微透镜320。

基板270可以包括彼此面对的顶面和底面。尽管为了描述方便，可以将基板270的顶面定义为正面，并且可以将基板270的底面定义为背面，但是其它实施方式也是可能的。例如，基板270可以是P型或N型体基板，可以是其中生长有P型或N型外延层的P型体基板，或者可以是其中生长有P型或N型外延层的N型体基板。

在图3中，将光电二极管275示出为光电转换元件的示例，该光电转换元件在其内部区域中产生并累积对应于入射光量的光电荷，使得光电二极管275可以设置在与基板270中的第五像素P5相对应的区域中。例如，光电二极管275可以通过N型离子的离子注入形成为N型掺杂区域。根据一个实施方式，可以通过层叠多个掺杂区域来形成光电二极管275。在一些实现方式中，可以通过注入N+离子来形成下部掺杂区，并且可以通过注入N-离子来形成上部掺杂区。可以将光电二极管275布置成占据尽可能大的区域，以增大指示光接收(Rx)效率的填充因子。根据本实施方式，设置在邻接或相邻像素的光电二极管之间的器件隔离膜(未示出)可以形成为在垂直方向上深度蚀刻，使得器件隔离膜可以电隔离或光隔离彼此相邻的邻接或相邻像素。

层叠通气格栅210-1可以包括金属层230、第一空气层至第三空气层240a、240b和240c、第一覆盖膜250、第二覆盖膜260以及隔离层262和264。如图3所示的层叠通气格栅210-1中包括的层的尺寸仅是示例。因此，层叠通气格栅210-1中包括的各个组成元件的相对宽度、相对高度和相对厚度不限于图3所示，并且可以根据需要而改变。

金属层230可以设置在基板上方。金属层230可以由具有高的光吸收率的金属材料(例如，钨)形成或包括该金属材料，或者也可以通过层叠不同种类的材料来形成。

第一空气层240a至第三空气层240c可以设置在金属层230上，并且第一空气层240a至第三空气层240c的形状可以由第一覆盖膜354以及隔离层262和264限定。第一空气层240a至第三空气层240c中的每一个可以填充有具有较低的折射率(例如，折射率为1)的空气。根据另一实施方式，第一空气层240a至第三空气层240c可以填充不同种类的气体。例如，填充有第一气体的第一空气层240a、填充有第二气体的第二空气层240b和填充有第三气体的第三空气层240c可以依次设置在基板270上方。在一些实现方式中，取决于第一空气层240a至第三空气层240c在层叠通气格栅210-1中的相对位置，第一气体、第二气体和第三气体可以具有不同的折射率。例如，第一气体至第三气体可以具有随着包括第一气体至第三气体的第一空气层240a至第三空气层240c中的每一个与基板之间的距离变小而增加的折射率。在一些实现方式中，第一气体至第三气体可以具有随着包括第一气体至第三气体的第一空气层240a至第三空气层240c中的每一个与基板之间的距离变小而减小的折射率。

第一空气层240a和第二空气层240b可以通过隔离层262彼此物理隔离。此外，第一空气层240a和第三空气层240c可以通过隔离层262彼此物理隔离。

第一空气层240a至第三空气层240c的高度可以彼此相同。根据另一实施方式，第一空气层240a至第三空气层240c的高度可以彼此不同。第一空气层240a、第二空气层240b和第三空气层240c可以依次设置在基板270上方。第一空气层240a至第三空气层240c可以具有不同的高度，这取决于在层叠通气格栅210-1中的相对位置。例如，第一空气层240a至第三空气层240c可以具有随着靠近基板270而增加的高度。在一些实现方式中，第一空气层240a至第三空气层240c可以具有随着靠近基板270而降低的高度。

第一覆盖膜250可以形成为包围第一空气层240a至第三空气层240c、隔离层262和264以及金属层230的整体。因此，第一覆盖膜250可以形成为与第一空气层240a至第三空气层240c、隔离层262和264以及金属层230中的每一个的侧表面和顶表面相接触。第一空气层240a至第三空气层240c、隔离层262和264以及金属层230中的每一个可以通过第一覆盖膜250与外部物理隔离。例如，第一覆盖膜250可以是超低温氧化物(ULTO)膜，例如氧化硅(SiO₂)膜。

第二覆盖膜260可以形成为包围第一覆盖膜250的整体。第二覆盖膜260的一个侧表面可以与第一覆盖膜250接触，并且第二覆盖膜260的另一侧表面可以与层叠通气格栅210-1的外部接触。因此，第一覆盖膜250可以通过第二覆盖膜260与外部物理隔离。例如，第二覆盖膜260可以由绝缘膜形成或者包括绝缘膜，该绝缘膜包括氧化硅氮化物(Si_xO_yN_z，其中“x”、“y”和“z”中的每一个是自然数)膜、氧化硅(Si_xO_y，其中“x”和“y”中的每一个是自然数)膜或氮化硅(Si_xN_y，其中“x”和“y”中的每一个是自然数)膜中的至少一个。

第二覆盖膜260的厚度可以大于第一覆盖膜250的厚度。第二覆盖膜260比第一覆盖膜250具有更大厚度的原因在于，第一覆盖膜250以这样的方式形成为尽可能薄，即第一覆盖膜250的内部材料可以在等离子体工艺期间有效地排放到外部，并且第二覆盖膜250形成为预定厚度，通过该预定厚度可以稳定地保持包括第一空气层240a至第三空气层240c的层叠通气格栅210-1的形状。

根据另一实施方式，可以在第一覆盖膜250的下部和第三空气层240c的上部形成用于保持层叠通气格栅210-1的形状的支撑膜。支撑膜可以是没有光吸收特性的绝缘膜或者包括没有光吸收特性的绝缘膜。

根据一个实施方式，第一覆盖膜250和第二覆盖膜260可以由相同的材料形成或包括相同的材料，使得第一覆盖膜250和第二覆盖膜260也可以具有相同的折射率。

根据一个实施方式，第一覆盖膜250和第二覆盖膜260中的每一个的折射率可以高于第一空气层240a至第三空气层240c的折射率，并且可以低于滤色器(未示出)的折射率。

层叠通气格栅210-1可以防止入射到特定像素的滤色器(例如，像素P5的滤色器)上的光被移动到除了该特定像素之外的另一滤色器(例如，像素P4的滤色器)，以最小化或防止光学串扰。

由于填充有空气的第一空气层240a至第三空气层240c中的每一个的折射率(例如，1)低于滤色器(未示出)的折射率(例如，1.6～1.7)以及第一覆盖膜250和第二覆盖膜260中的每一个的折射率(例如，1.4)，所以第一空气层240a至第三空气层240c可以引起光的反射。被第一空气层240a至第三空气层240c反射的光可以重新进入单位像素，而不会移动到另一像素。因此，可以最小化和防止光学串扰。

在一些实现方式中，当光入射到特定单位像素上但被折射并且引入第一空气层240a至第三空气层240c中时，金属层230操作以吸收一些光。当具有各种入射角的一些入射光甚至在第一空气层240a至第三空气层240c的情况下也不能被反射回特定单位像素时，会发生这种情况。被折射并且引入空气层240a至240c中的这种入射光被金属层230吸收，从而防止了光学串扰。

设置在滤色器一侧(例如，图3中的滤色器300的左侧)的通气格栅结构中包括的第一覆盖膜250和第二覆盖膜260中的每一个可以形成为在滤色器和基板之间延伸，并且可以设置在滤色器下方。在一些实现方式中，设置在滤色器下方的第一覆盖膜250和第二覆盖膜260可以分别联接到设置在滤色器的另一侧(例如，图3中的滤色器300的右侧)的层叠通气格栅210-1中包括的第一覆盖膜250和第二覆盖膜260。与滤色器接触的层叠通气格栅210-1的第一覆盖膜250和第二覆盖膜260可以分别与设置在滤色器下方的第一覆盖膜250和第二覆盖膜260集成。

与第一覆盖膜250和第二覆盖膜260未设置在滤色器下方的情况相比，被配置为保持层叠通气格栅210-1的形状的第一覆盖膜250和第二覆盖膜260可以形成为在更宽的区域中与另一结构(例如，基板)接触，从而提高层叠通气格栅210-1的形状的稳定性。由于第一张力(由设置在位于层叠通气格栅210-1的左侧的滤色器下方的第一覆盖层250和第二覆盖层260产生)和第二张力(由设置在位于层叠通气格栅210-1的右侧的滤色器下方的第一覆盖膜250和第二覆盖膜260产生)之间的平衡，可以防止具有窄的宽度的层叠通气格栅210-1向左或向右倾斜。

设置在滤色器下方的第一覆盖膜250和第二覆盖膜260中的每一个可以用作抗反射层，该抗反射层补偿滤色器和基板之间的折射率差，使得已经穿过滤色器的光可以有效地入射到基板中。因此，可以通过省略滤色器和基板之间的单独的抗反射层来减小单位像素的总厚度。

隔离层262和264可以将第一空气层240a至第三空气层240c彼此物理隔离。在一些实现方式中，隔离层262和264可以沿着层叠通气格栅210-1的宽度方向(例如，从左侧到右侧或者从右侧到左侧)与第一覆盖膜250接触，从而可以保持层叠通气格栅210-1的两个相对侧上的第一覆盖膜250之间的预定距离。结果，隔离层262和264可以允许第一空气层240a至第三空气层240c中的每一个保持形状。尽管在图3中仅示出了两个隔离层262和264，但是其它实施方式也是可能的。因此，这种隔离层的数量不限于两个，并且可以根据需要设置为另一数量。

隔离层262和264中的每一个可以由绝缘膜形成或者包括绝缘膜，该绝缘膜包括氧化硅氮化物(Si_xO_yN_z，其中“x”、“y”和“z”中的每一个是自然数)膜、氧化硅(Si_xO_y，其中“x”和“y”中的每一个是自然数)膜或氮化硅(Si_xN_y，其中“x”和“y”中的每一个是自然数)膜中的至少一个。

假设不存在隔离层262和264，这与图3所示的结构不同。在这种情况下，第一空气层240a至第三空气层240c不会被隔离层262和264彼此隔离，这使得仅存在一个空气层。

在这种情况下，因为第一覆盖膜250和第二覆盖膜260中的每一个都形成为薄膜，所以由于制造工艺和使用环境(例如，高温条件)的限制，在第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的特定部分中可能存在薄弱点。由于特定部分中产生的压力，这种薄弱点会导致第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的塌陷(或爆裂)。施加到薄弱点的压力可以与空气层的内部空气的温度和体积成比例地增加。当以网格形式设置通气格栅结构时，其中整个像素阵列110的空气层通过单个区域互连，对应于整个像素阵列110的空气层的体积的压力可以施加到薄弱点，这导致薄弱点中的像素阵列的塌陷(或爆裂)。

然而，该专利文献中建议的通气格栅结构可以允许空气层被隔离层262和264在物理上分成多个区域。结果，可以减小施加到薄弱点的压力的量。因此，不是将对应于整个像素阵列110的空气层的体积的压力施加到薄弱点，而是可以将对应于第一空气层240a至第三空气层240c中的每一个的体积的压力施加到薄弱点。以这种方式，可以分散施加到薄弱点的压力，从而可以有效地防止通气格栅结构在薄弱点处的坍塌(或爆裂)。

滤色器300可以形成在基板区域270上方，同时设置在层叠通气格栅210-1之间。滤色器300可以选择性地透射具有特定波长的光信号(例如，红光、绿光、蓝光、品红色光、黄光、青色光等)。根据所公开的技术的实施方式，当单位像素P5对应于深度像素时，滤色器300可以被省略或者可以用红外(IR)滤色器代替。

覆盖层310可以设置在滤色器300和层叠通气格栅210-1上方，并且可以防止从外部接收的光的漫反射，从而抑制闪光特性。在一些实现方式中，覆盖层310可以补偿滤色器300和层叠通气格栅210-1之间的台阶差，使得覆盖层310可以允许微透镜320具有恒定的高度。

微透镜320可以形成在覆盖层310上方，并且可以增加入射光的光聚集能力，使得光电二极管275的光接收(Rx)效率增加。

尽管金属层230、第一空气层240a至第三空气层240c以及隔离层262和264中的每一个在图3中被示出为具有恒定的宽度，但是其它实现方式也是可能的。例如，各个层230至240c的宽度可以在从金属层230至空气层240c的方向上逐渐减小。各个层230至240c的宽度的减小比率可以是恒定的或变化的。

图4是示出根据所公开的技术的一些实现方式的沿着图2中所示的第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的像素阵列110的另一示例的截面图。如图4所示，作为通气格栅结构210的一部分的层叠通气格栅210-2具有宽度沿着从金属层230到空气层240c的方向减小的层。然而，层叠通气格栅210-2也提供了增加的光接收(Rx)效率并且降低了结构坍塌的可能性，与图3所示相同。

参照图4，两个层叠通气格栅210-2可以设置在沿着第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的截面图上，同时彼此间隔开对应于像素P5的宽度的特定距离。如上所述，像素P5的滤色器可以设置在两个层叠通气格栅210-2之间。滤色器的顶面的高度可以高于层叠通气格栅210-2的高度，可以低于层叠通气格栅210-2的高度，或者可以与层叠通气格栅210-2的高度相同。

像素阵列110的截面图可以包括基板270、光电二极管275、至少一个层叠通气格栅210-2、滤色器300、覆盖层310和微透镜320。光电二极管275被示为光电转换元件的一个示例，并且可以配置有能够响应于光而产生光电荷的任何其它元件。如图4所示的基板270、光电二极管275、滤色器300、覆盖层310和微透镜320可以与图3所示的基板270、光电二极管275、滤色器300、覆盖层310和微透镜320基本相同，因此为了简洁起见，将省略对它们的详细描述。

层叠通气格栅210-2可以包括金属层230、第一空气层至第三空气层240a、240b和240c、第一覆盖膜250、第二覆盖膜260以及隔离层262和264。如图4所示的层叠通气格栅210-2中包括的层的尺寸仅是示例。因此，层叠通气格栅210-2中包含的各个组成元件的相对宽度、相对高度和相对厚度不限于图4所示，并且可以根据需要而改变。

层叠通气格栅210-2的上述组件在结构上可以与图3所示的层叠通气格栅210-1的组件基本相同，并且下面将省略对通气格栅结构210-2的与通气格栅201-1相同的特性的描述。因此，在下文中，将更详细地描述层叠通气格栅210-2的不同特性。

层叠通气格栅210-2中包含的金属层230和第一空气层至第三空气层240a、240b和240c的厚度可以不同。如图4所示，金属层230、第一空气层240a、第二空气层240b和第三空气层240c的宽度可以在从金属层230到空气层240c的方向上逐渐减小。因此，层叠通气格栅210-2可以形成为金字塔形状。

随着层叠通气格栅210-2的宽度沿其向上方向逐渐减小，层叠通气格栅210-2的上部(例如，空气层240c的上部)向外(例如，朝向微透镜)反射的光量可以减少，并且朝向层叠通气格栅210-2入射的光量可被有效地引导到对应的单位像素中。结果，可以增加单位像素的光接收(Rx)效率，从而提高量子效率(QE)。

在一些实施方式中，隔离层262的宽度可以与设置在隔离层262下方的空气层240a相同，并且隔离层264的宽度可以与设置在隔离层264下方的空气层240b相同。结果，隔离层262和264中的每一个不仅在隔离层262和264中的每一个的侧表面的一些部分处，而且在隔离层262和264中的每一个的顶表面的一些部分处与第一覆盖膜250接触。因此，第一覆盖膜250与隔离层262和264中的每一个之间的接触区域的尺寸可以增加，使得层叠通气格栅210-2可以更加稳定和牢固地保持形状。

此外，第二空气层240b和第三空气层240c中的每一个的体积逐渐减小，并且施加到可能存在于第一覆盖膜250和第二覆盖膜260的特定部分中的薄弱点的压力也可以减小。因此，可以最小化层叠通气格栅210-2在薄弱点塌陷的风险。

可以通过不仅考虑保持第一空气层240a至第三空气层240c的形状所需的信息，还考虑增加的光接收(Rx)效率，以实验方式确定金属层230、第一空气层240a、第二空气层240b和第三空气层240c之间的宽度差。

图5是示出基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图2所示的第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的像素阵列110的另一示例的截面图。

参照图5，两个通气格栅结构210-3可以设置成彼此间隔开对应于像素P5的宽度的特定距离。如上所述，像素P5的滤色器可以设置在两个层叠通气格栅210-3之间。滤色器的顶面的高度可以高于层叠通气格栅210-3的高度，可以低于层叠通气格栅210-3的高度，或者可以与层叠通气格栅210-3的高度相同。

像素阵列110的截面图可以包括基板270、光电二极管275、至少一个层叠通气格栅210-3、滤色器300、覆盖层310和微透镜320。光电二极管275被示为光电转换元件的一个示例，并且可以配置有能够响应于光而产生光电荷的任何其它元件。图5中所示的基板270、光电二极管275、滤色器300、覆盖层310和微透镜320在结构、功能和材料上可以与图3中所示的基板270、光电二极管275、滤色器300、覆盖层310和微透镜320基本相同，因此为了简洁起见，将省略对它们的详细描述。

层叠通气格栅210-3可以包括第一空气层至第四空气层240a、240b、240c和240d、第一覆盖膜250、第二覆盖膜260以及隔离层262、264和266。如图4所示的层叠通气格栅210-2中包括的层的尺寸仅是示例。因此，层叠通气格栅210-3中包含的各个组成元件的相对宽度、相对高度和相对厚度不限于图5所示，并且可以根据需要而改变。

与图3所示的实施方式不同，可以在没有金属层230的情况下形成层叠通气格栅210-3。图5所示的层叠通气格栅210-3中包含的第一空气层至第三空气层240a、240b和240c、第一覆盖膜250、第二覆盖膜260以及隔离层262和264在结构和材料上可以与图3所示的层叠通气格栅210-1基本相同，并且为了简洁起见，将省略对通气格栅结构210-3的与层叠通气格栅210-1相同的特性的描述。

虽然层叠通气格栅210-3不包括金属层230，但是层叠通气格栅210-3可以包括第四空气层240b和隔离层266。第四空气层240b可以设置在通气格栅结构210-1中设置有金属层230的区域中。隔离层266可以被配置为将第四空气层240d与第一空气层240a物理隔离。因此，层叠通气格栅210-3可以包括其中层叠了第一空气层至第四空气层240a、240b、240c和240d的层叠结构。

第一空气层240a至第四空气层240d中的每一个可以填充有具有较低的折射率(例如，折射率为1)的空气。根据另一实施方式，第一空气层240a至第四空气层240d可以填充不同种类的气体。例如，填充有第一气体的第一空气层240a、填充有第二气体的第二空气层240b、填充有第三气体的第三空气层240c和填充有第四气体的第四空气层240d可以依次设置在基板270上方。在一些实现方式中，取决于第一空气层240a至第四空气层240d在层叠通气格栅210-3中的相对位置，第一气体、第二气体、第三气体和第四气体可以具有不同的折射率。例如，第一气体至第四气体可以具有随着第一空气层240a至第四空气层240d中的每一个与基板之间的距离变小而增加的折射率。在一些其它示例中，第一气体至第四气体可以具有随着第一空气层240a至第四空气层240d中的每一个与基板之间的距离变小而减小的折射率。

图5示出了第一空气层240a至第四空气层240d可以具有相同的高度。在一些实现方式中，第一空气层240a至第四空气层240d的高度可以彼此不同。例如，第一空气层240a至第四空气层240d可以具有在从第一空气层240a至第四空气层240d的向下方向上逐渐增加的高度，或者可以具有在从第一空气层240a至第四空气层240d的向下方向上逐渐降低的高度。

尽管图5示出了第一空气层240a至第四空气层240d以及隔离层262和264在宽度上彼此相同，但是其它实现方式也是可能的。例如，各个层240d、266、240a、262、240b、264和240c可以具有在从下部空气层240d到上部空气层240c的方向上逐渐减小的宽度。各个层230至240c的宽度的减小比率可以恒定或变化。

图6是示出根据所公开的技术的一些实施方式的沿着图2所示的第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的像素阵列110的又一示例的截面图。

参照图6，两个通气格栅结构210-4可以设置成彼此间隔开对应于像素P5的宽度的特定距离。如上所述，像素P5的滤色器可以设置在两个层叠通气格栅210-4之间。滤色器的顶面的高度可以高于层叠通气格栅210-4的高度，可以低于层叠通气格栅210-4的高度，或者可以与层叠通气格栅210-4的高度相同。

像素阵列110的截面图可以包括基板270、光电二极管275、至少一个层叠通气格栅210-4、滤色器300、覆盖层310和微透镜320。光电二极管275被示为光电转换元件的一个示例，并且可以配置有能够响应于光而产生光电荷的任何其它元件。图6所示的基板270、光电二极管275、滤色器300、覆盖层310和微透镜320在结构、功能和材料上可以与图3所示的基板270、光电二极管275、滤色器300、覆盖层310和微透镜320基本相同，因此为了简洁起见，将省略对它们的详细描述。

层叠通气格栅210-4可以包括第一空气层至第四空气层240a、240b、240c和240d、第一覆盖膜250、第二覆盖膜260以及隔离层262、264和266。如图4所示的层叠通气格栅210-2中包括的层的尺寸仅是示例。因此，层叠通气格栅210-4中包含的各个组成元件的相对宽度、相对高度和相对厚度不限于图6所示，并且可以根据需要而改变。

与图5所示的实施方式不同，可以在没有金属层230的情况下形成层叠通气格栅210-4。图6所示的层叠通气格栅210-4中包含的第一空气层至第四空气层240a、240b、240c和240d、第一覆盖膜250、第二覆盖膜260以及隔离层262、264和266在结构和材料上可以与图3至图5所示的通气格栅结构基本相同，并且为了简洁起见，这里将省略对空气栅格结构210-4的与层叠空气栅格210-1至210-3相同的特性的描述。

虽然层叠通气格栅210-4不包括金属层230，但是层叠通气格栅210-4可以包括第四空气层240d和隔离层266。第四空气层240d可以设置在通气格栅结构210-3中设置有金属层230的区域中。隔离层266可以被配置为将第四空气层240d与第一空气层240a物理隔离。因此，层叠通气格栅210-4可以包括其中层叠了第一空气层至第四空气层240a、240b、240c和240d的层叠结构。

第一空气层240a至第四空气层240d中的每一个可以填充有具有较低的折射率(例如，折射率为1)的空气。根据另一实施方式，第一空气层240a至第四空气层240d可以填充不同种类的气体。例如，填充有第一气体的第一空气层240a、填充有第二气体的第二空气层240b、填充有第三气体的第三空气层240c和填充有第四气体的第四空气层240d可以依次设置在基板270上方。在一些实现方式中，基于第一空气层240a至第四空气层240d在层叠通气格栅210-4中的相对位置，第一气体、第二气体、第三气体和第四气体可以具有不同的折射率。例如，第一气体至第四气体可以具有随着第一空气层240a至第四空气层240d中的每一个与基板之间的距离变小而增加的折射率。在另一示例中，第一气体至第四气体可以具有随着第一空气层240a至第四空气层240d中的每一个与基板之间的距离变小而减小的折射率。

图6示出了第一空气层240a至第四空气层240d可以具有相同的高度。在一些实现方式中，第一空气层240a至第四空气层240d的高度可以彼此不同。例如，第一空气层240a至第四空气层240d可以具有在从第一空气层240a至第四空气层240d的向下方向上逐渐增加的高度，或者可以具有在从第一空气层240a至第四空气层240d的向下方向上逐渐降低的高度。

图7A至图7F是示出根据所公开的技术的一些实现方式的形成图3所示的通气格栅结构的工艺的截面图。

参照图7A至图7F，下文将描述形成包括图3所示的金属层230的层叠通气格栅210-1的方法。如图7A至图7F所示的形成层叠通气格栅210-1的工艺可以应用于形成如图4所示的层叠通气格栅210-2。关于图4所示的层叠通气格栅210-2的金字塔形状，需要执行附加的工艺以使图4所示的层叠通气格栅210-2具有金字塔形状，并且这种附加的工艺将在后面参照附图进行描述。

图7A至图7F所示的截面图可以分别对应于沿着图2所示的第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的截面图。

在图7A所示的步骤S110中，可以在形成有光电二极管275的基板270上方沉积金属层230，从而形成金属层230。金属层230的高度可以对应于层叠通气格栅210-1的金属层230的高度。例如，基板270可以是P型或N型体基板，可以是其中生长有P型或N型外延层的P型体基板，或者可以是其中生长有P型或N型外延层的N型体基板。

在金属层230的形成完成之后，可以在金属层230上方设置限定层叠通气格栅210-1的第一掩模图案(未示出)，并且可以使用第一掩模图案(未示出)作为蚀刻掩模来蚀刻金属层230，使得可以形成对应于层叠通气格栅210-1的金属层230。在一些实现方式中，金属层230的蚀刻高度可以由层叠通气格栅210-1中包含的金属层230的高度预先确定。第一掩模图案(未示出)和稍后描述的附加掩模图案可以包括光致抗蚀剂图案。

在完成金属层230的蚀刻之后，可以去除第一掩模图案(未示出)。

在图7B所示的步骤S120中，可以通过沉积工艺在金属层230和基板270的整体上方形成牺牲膜290a、隔离层262、牺牲膜290b、隔离层264和牺牲膜290c。牺牲膜290a至290c中的每一个可以包括含碳的旋涂碳(SOC)膜。

此后，可以在牺牲膜290c上方设置第二掩模图案280，其被形成为限定层叠通气格栅210-1。

第二掩模图案280可以形成为垂直于牺牲膜290c延伸，使得第二掩模图案290c可以垂直于牺牲膜290c的截面图布置。根据另一实施方式，与图7B不同，图7C所示的第二掩模图案280可以不垂直于牺牲膜290c延伸，并且可以在垂直于牺牲膜290c的方向上以恒定的斜率倾斜的同时延伸。在这种情况下，第二掩模图案280的截面图可以形成为梯形形状。可以通过控制掩模光致抗蚀剂轮廓来形成梯形的第二掩模图案280。

在图7C的步骤S130中，可以使用第二掩模图案280作为蚀刻掩模来蚀刻牺牲膜290a至290c、隔离层262和264以及金属层230，从而可以去除在排除了层叠通气格栅210-1的区域(例如，单位像素区域)中设置的牺牲膜290a至290c、隔离层262和264以及金属层230。此后，可以去除第二掩模图案280。在完成步骤S130之后，可以完全形成在形状上分别对应于层叠通气格栅210-1中包括的第一空气层240a至第三空气层240c的牺牲膜290a至290c。

与图7B不同，如果第二掩模图案280在垂直于牺牲膜290c的方向上以恒定的斜率倾斜的同时延伸，则牺牲膜290a至290c、隔离层262和264以及金属层230(均已蚀刻)可以根据对应于第二掩模图案280的预定斜率的斜率在向上方向上逐渐减小宽度。

下文将详细描述形成图4所示的具有金字塔形状的层叠通气格栅210-2的工艺。S130的蚀刻工艺可以进行多次。例如，可以在牺牲膜290c上方设置形成为限定空气层240c的第二掩模图案。形成为限定空气层240c的第二掩模图案可以用作蚀刻掩模。可以在仅能够蚀刻牺牲膜290c的蚀刻能量下进行蚀刻工艺。此后，可以去除限定空气层240c的第二掩模图案，并且可以在牺牲膜290c上方设置限定空气层240b的第二掩模图案。随后，在限定空气层240b的第二掩模图案用作蚀刻掩模的情况下，可以在仅能够蚀刻隔离层264和牺牲膜290b的蚀刻能量下进行蚀刻工艺。然后，可以去除限定空气层240b的第二掩模图案，并且可以在牺牲膜290c上方设置限定空气层240a的第二掩模图案。随后，在限定空气层240a的第二掩模图案用作蚀刻掩模的情况下，可以在仅能够蚀刻隔离层262和牺牲膜290a的蚀刻能量下进行蚀刻工艺。此后，可以去除限定空气层240a的第二掩模图案，并且可以在牺牲膜290c上方设置限定金属层230的第二掩模图案。在限定金属层230的第二掩模图案用作蚀刻掩模的情况下，可以在仅能够蚀刻金属层230的蚀刻能量下进行蚀刻工艺。随后，在去除第二掩模图案之后，可以完全形成在形状上对应于层叠通气格栅210-2中包括的第一空气层240a至第三空气层240c的牺牲膜290a至290c。

在图7D的步骤S140中，可以通过沉积工艺在基板270、牺牲膜290a至290c、隔离层262和264以及金属层230上方形成第一覆盖膜250。第一覆盖膜250可以包括氧化物膜，优选地为ULTO膜。在一些实现方式中，第一覆盖膜250可以形成为预定厚度，通过该预定厚度，通过将在后续等离子体工艺中使用的气体与牺牲膜290a至290c的碳结合而形成的分子可以容易地排出到外部。在一些实现方式中，第一覆盖膜250可以形成为或更小的厚度。

在图7E的步骤S150中，在形成第一覆盖膜250之后，可以对所得结构执行等离子体工艺，从而可以去除牺牲膜290a至290c，并且可以在去除牺牲膜290a至290c的位置处形成空气层240a至240c。在这种情况下，可以使用包括氧、氮和氢中的至少一种的气体(例如，O₂、N₂、H₂、CO、CO₂或CH₄)来执行等离子体工艺。在这种情况下，以下将使用O₂等离子体工艺作为示例来描述上述工艺。如果对所得结构执行O₂等离子体工艺，则氧自由基(O*)可以通过第一覆盖膜250流入牺牲膜290a至290c，并且牺牲膜290a至290c中包括的氧自由基(O*)可以与牺牲膜290a至290c的碳结合，从而形成CO或CO₂。所形成的CO或CO₂可以通过第一覆盖膜250排出到外部。结果，可以去除牺牲膜290a至290c，并且可以在去除牺牲膜290a至290c的位置处形成空气层240a至240c。

根据本实施方式，为了防止在去除牺牲膜290c的情况下第一覆盖膜250塌陷(或爆裂)，可以在牺牲膜290c上方形成有诸如氧化物膜的支撑膜(未示出)的情况下执行等离子体工艺。

在图7F的步骤S160中，在完成等离子体工艺之后，可以通过沉积工艺在第一覆盖膜250上方形成第二覆盖膜260。例如，第二覆盖膜260可以由绝缘膜形成或者包括绝缘膜，该绝缘膜包括氧化硅氮化物(Si_xO_yN_z，其中“x”、“y”和“z”中的每一个是自然数)膜、氧化硅(Si_xO_y，其中“x”和“y”中的每一个是自然数)膜或氮化硅(Si_xN_y，其中“x”和“y”中的每一个是自然数)膜中的至少一个。第二覆盖膜260可以具有比第一覆盖膜250更大的厚度。第二覆盖膜260可以形成为预定厚度，通过该预定厚度可以稳定地保持层叠通气格栅210-1的形状。

图8A至图8E是示出根据所公开的技术形成图5所示的层叠通气格栅的工艺的截面图。

参照图8A至图8E，下文将描述形成排除了图5的金属层230的层叠通气格栅210-3的工艺。如图7A至图7F所示的形成层叠通气格栅210-1的工艺可以应用于形成如图6所示的层叠通气格栅210-4。关于图6所示的层叠通气格栅210-4的金字塔形状，需要执行附加的工艺以使层叠通气格栅210-4具有金字塔形状，并且这种附加的工艺将在后面参考附图进行描述。

图8A至图8E所示的截面图可以分别对应于沿着图2所示的第一切割线A-A’或第二切割线B-B’截取的截面图。

在图8A所示的步骤S210中，牺牲膜290d、隔离层266、牺牲膜290a、隔离层262、牺牲膜290b、隔离层264和牺牲膜290c可以通过沉积工艺依次形成在基板270的整体上方。牺牲膜290a至290d中的每一个可以包括含碳的旋涂碳(SOC)膜。

此后，可以在牺牲膜290c上方设置第二掩模图案280，其形成为限定层叠通气格栅210-3。

第二掩模图案280可以形成为垂直于牺牲膜290c延伸，使得第二掩模图案290c可以垂直于牺牲膜290c的截面图布置。根据另一实施方式，不同于图8A，第二掩模图案280可以不垂直于牺牲膜290c延伸，并且可以在垂直于牺牲膜290c的方向上以恒定的斜率倾斜的同时延伸。在这种情况下，第二掩模图案280的截面图可以形成为梯形形状。可以通过控制掩模光致抗蚀剂轮廓来形成梯形的第二掩模图案280。

在图8B的步骤S220中，可以使用第二掩模图案280作为蚀刻掩模来蚀刻牺牲膜290a至290d以及隔离层262、264和266，从而可以去除在排除了层叠通气格栅210-3的区域(例如，单位像素区域)中设置的牺牲膜290a至290d以及隔离层262和264。此后，可以去除第二掩模图案280。在完成步骤S220之后，可以完全形成在形状上对应于层叠通气格栅210-3中包括的第一空气层240a至第四空气层240d的牺牲膜290a至290d。

与图8A不同，如果第二掩模图案280在垂直于牺牲膜290c的方向上以恒定的斜率倾斜的同时延伸，则牺牲膜290a至290d以及隔离层262、264和266(均已蚀刻)可以根据对应于第二掩模图案280的预定斜率的斜率在向上方向上逐渐减小宽度。

下文将详细描述形成图6所示的具有金字塔形状的层叠通气格栅210-4的工艺。S220的蚀刻工艺可以进行多次。例如，可以在牺牲膜290c上方设置形成为限定空气层240c的第二掩模图案。形成为限定空气层240c的第二掩模图案可以用作蚀刻掩模。可以在仅能够蚀刻牺牲膜290c的蚀刻能量下进行蚀刻工艺。此后，可以去除限定空气层240c的第二掩模图案，并且可以在牺牲膜290c上方设置限定空气层240b的第二掩模图案。随后，在限定空气层240b的第二掩模图案用作蚀刻掩模的情况下，可以在仅能够蚀刻隔离层264和牺牲膜290b的蚀刻能量下进行蚀刻工艺。然后，可以去除限定空气层240b的第二掩模图案，并且可以在牺牲膜290c上方设置限定空气层240a的第二掩模图案。随后，在限定空气层240a的第二掩模图案用作蚀刻掩模的情况下，可以在仅能够蚀刻隔离层262和牺牲膜290a的蚀刻能量下进行蚀刻工艺。此后，可以去除限定空气层240a的第二掩模图案，并且可以在牺牲膜290c上方设置限定空气层240d的第二掩模图案。在限定空气层240d的第二掩模图案用作蚀刻掩模的情况下，可以在仅能够蚀刻隔离层266和牺牲膜290d的蚀刻能量下进行蚀刻工艺。随后，在去除第二掩模图案之后，可以完全形成在形状上对应于层叠通气格栅210-4中包括的第一空气层240a至第四空气层240d的牺牲膜290a至290d。

在图8C的步骤S230中，可以通过沉积工艺在牺牲膜290a至290d以及隔离层262、264和266上方形成第一覆盖膜250。第一覆盖膜250可以包括氧化物膜，优选为ULTO膜。在一些实现方式中，第一覆盖膜250可以形成为预定厚度，通过该预定厚度，通过将在后续等离子体工艺中使用的气体与牺牲膜290a至290d的碳结合而形成的分子可以容易地排出到外部。在一些实现方式中，第一覆盖膜250可以形成为或更小的厚度。

在图8D的步骤S240中，在形成第一覆盖膜250之后，可以对所得结构执行等离子体工艺，从而可以去除牺牲膜290a至290d，并且可以在去除牺牲膜290a至290d的位置处形成第一空气层240a至第四空气层240d。在这种情况下，可以使用包括氧、氮和氢中的至少一种的气体(例如，O₂、N₂、H₂、CO、CO₂或CH₄)来执行等离子体工艺。在这种情况下，以下将使用O₂等离子体工艺作为示例来描述上述工艺。如果对所得结构执行O₂等离子体工艺，则氧自由基(O*)可以通过第一覆盖膜250流入牺牲膜290a至290d，并且牺牲膜290a至290d中包括的氧自由基(O*)可以与牺牲膜290a至290d的碳结合，从而形成CO或CO₂。所形成的CO或CO₂可以通过第一覆盖膜250排出到外部。结果，可以去除牺牲膜290a至290d，并且可以在去除牺牲膜290a至290d的位置处形成空气层240a至240d。

根据本实施方式，为了防止在去除牺牲膜290c的情况下第一覆盖膜250塌陷(或爆裂)，可以在牺牲膜290c上方形成有诸如氧化物膜的支撑膜(未示出)的情况下执行等离子体工艺。

在图8E的步骤S250中，在完成等离子体工艺之后，可以通过沉积工艺在第一覆盖膜250上方形成第二覆盖膜260。例如，第二覆盖膜260可以由绝缘膜形成或者包括绝缘膜，该绝缘膜包括氧化硅氮化物(Si_xO_yN_z，其中“x”、“y”和“z”中的每一个是自然数)膜、氧化硅(Si_xO_y，其中“x”和“y”中的每一个是自然数)膜或氮化硅(Si_xN_y，其中“x”和“y”中的每一个是自然数)膜中的至少一个。第二覆盖膜260可以具有比第一覆盖膜250更大的厚度。第二覆盖膜260可以形成为预定厚度，通过该预定厚度可以稳定地保持层叠通气格栅210-3的形状。

根据以上描述，显而易见的是根据所公开的技术的实施方式的图像传感器可以分配施加到通气格栅结构的薄弱点的压力，使得图像传感器可以有效地防止通气格栅在通气格栅的薄弱点处塌陷(或爆裂)。

所公开的技术的实施方式可以提供能够通过上述专利文献直接或间接识别的各种效果。

本领域的技术人员应当理解，可以以不同于本文所述的其它特定方式来实现所公开的技术。因此，上述实施方式在所有方面都被解释为例示性的而非限制性的。此外，对于本领域技术人员来说，显而易见的是在所附权利要求中没有明确地彼此引用的权利要求可以组合地呈现为所公开的技术的实施方式，或者在提交申请之后通过后续修改而被包括作为新的权利要求。

尽管已经描述了与所公开的技术一致的多个例示性实施方式，但是应当理解，本领域技术人员可以设计出落入本公开原理的精神和范围内的许多其它修改和实施方式。特别地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内，对于组成部分和/或布置可以有许多变化和修改。除了组成部分和/或布置的变化和修改之外，另选使用对于本领域技术人员来说也是显而易见的。

相关申请的交叉引用

本专利文献要求基于2019年10月2日提交的韩国专利申请No.10-2019-0121919的优先权，其公开内容通过引用整体结合于此。