图像传感器和包括图像传感器的电子设备的制作方法

图像传感器和包括图像传感器的电子设备
1.相关申请的交叉引用
2.本技术基于并要求2022年1月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2022-0010221的优先权，该申请的公开通过引用整体并入本文中。
技术领域
3.本公开涉及图像传感器和包括该图像传感器的电子设备。


背景技术：

4.图像传感器通过使用滤色器来感测入射光的颜色。然而，由于滤色器吸收除了对应颜色光之外的颜色光，因此可能降低光利用效率。例如，在使用rgb滤色器的情况下，仅三分之一的入射光透过，而其余三分之二被吸收，因此光的使用效率仅约33％。因此，在彩色显示设备或彩色图像传感器的情况下，大部分光损失发生在滤色器中。因此，已经在不断地研究一种在图像传感器中有效地分离颜色而不使用滤色器的方法。
5.最近，关于使用具有亚波长形状尺寸的高折射率纳米结构的分色元件，已经进行了各种尝试。这些纳米结构可以被设计为具有能够根据各自的波长划分光的相位分布。


技术实现要素：

6.提供了一种具有分色透镜阵列的图像传感器以及制造该图像传感器的方法，该分色透镜阵列具有能够减少工艺误差的结构。
7.附加方面部分地将在接下来的描述中进行阐述，且部分地将通过该描述而变得清楚明白，或者可以通过实践本公开的示例实施例而获知。
8.根据本公开的一个方面，提供了一种图像传感器，包括：传感器衬底，包括多个感光单元；透明间隔物层，设置在传感器衬底上；以及分色透镜阵列，设置在透明间隔物层上，分色透镜阵列包括多个纳米柱，多个纳米柱被配置为根据入射光的入射位置来改变入射光的相位，并且多个纳米柱布置在多个层中，其中，多个纳米柱中的第一纳米柱设置在窄临界尺寸(窄cd)层中，并且多个纳米柱中的第二纳米柱设置在宽临界尺寸(宽cd)层中，其中，第一纳米柱包括具有小于参考宽度的宽度的一个或多个第三纳米柱、以及具有大于或等于参考宽度的宽度的一个或多个第四纳米柱，其中，第二纳米柱具有大于或等于参考宽度的宽度，以及其中，参考宽度大于或等于80nm并且小于或等于200nm。
9.可以布置在窄cd层中的第一纳米柱的宽度中的最小宽度为50nm或更大。
10.可以布置在宽cd层中的第二纳米柱的宽度中的最小宽度为100nm或更大。
11.图像传感器可以包括设置在透明间隔物层与分色透镜阵列之间的第一蚀刻停止层。
12.宽cd层可以设置为比窄cd层更靠近透明间隔物层。
13.图像传感器可以包括设置在宽cd层与窄cd层之间的第二蚀刻停止层。
14.第二蚀刻停止层可以被图案化为在窄cd层中设置的纳米柱之中仅与具有小于参
考宽度的宽度的纳米柱接触。
15.窄cd层中的一个或多个第四纳米柱可以在竖直方向上直接连接到宽cd层中的第二纳米柱。
16.在竖直方向上与第二纳米柱连接的一个或多个第四纳米柱的宽度可以为100nm或更大。
17.宽cd层的第二纳米柱的第一高度低于窄cd层的第一纳米柱的第二高度。
18.宽cd层的第二纳米柱的第一高度可以为400nm或更小。
19.第一蚀刻停止层的厚度可以在从约10nm至约30nm的范围内。
20.第二蚀刻停止层的厚度可以在从约3nm至约25nm的范围内。
21.窄cd层可以被设置为比宽cd层更靠近透明间隔物层。
22.窄cd层中的一个或多个第四纳米柱可以在竖直方向上直接连接到宽cd层中的第二纳米柱。
23.在窄cd层与宽cd层之间可以不设置蚀刻停止层。
24.第一蚀刻停止层的厚度可以在从约10nm至约30nm的范围内。
25.分色透镜阵列可以被配置为从入射光中分离出第一波长的光和第二波长的光，并且将第一波长的光会聚到多个感光单元的第一像素并将第二波长的光会聚到多个感光单元的第二像素。
26.图像传感器可以包括设置在透明间隔物层与传感器衬底之间的滤色器阵列。
27.根据本公开的另一方面，提供了一种电子设备，包括：图像传感器，被配置为将光学图像转换为电信号；以及处理器，被配置为控制图像传感器的操作并处理由图像传感器产生的电信号，其中，图像传感器包括：传感器衬底，包括多个感光单元；透明间隔物层，设置在传感器衬底上；以及分色透镜阵列，设置在透明间隔物层上，分色透镜阵列包括多个纳米柱，多个纳米柱被配置为根据入射光的入射位置来改变入射光的相位，并且多个纳米柱布置在多个层中，其中，多个纳米柱中的第一纳米柱设置在窄临界尺寸(窄cd)层中，并且多个纳米柱中的第二纳米柱设置在宽临界尺寸(宽cd)层中，其中，第一纳米柱包括具有小于参考宽度的宽度的第三纳米柱、以及具有大于或等于参考宽度的宽度的第四纳米柱，其中，第二纳米柱具有大于或等于参考宽度的宽度，以及其中，参考宽度大于或等于80nm并且小于或等于200nm。
28.根据本公开的另一方面，提供了一种制造图像传感器的方法，该方法包括：在包括多个感光单元的传感器衬底上形成间隔物层，在间隔物层上形成第一蚀刻停止层；在第一蚀刻停止层上形成第一材料层；在第一材料层上形成第二材料层；将第一材料层和第二材料层一起图案化以形成多个孔，多个孔具有贯穿第一材料层和第二材料层的深度并且具有大于参考宽度的宽度，其中，参考宽度大于或等于80纳米并且小于或等于200纳米；以及用第三材料填充多个孔，第三材料具有第一折射率，第一折射率不同于第一材料层的第二折射率和第二材料层的第三折射率。
29.该方法可以包括在第一材料层与第二材料层之间形成第二蚀刻停止层。
30.在图案化操作中，与具有大于参考宽度的宽度的多个孔一起形成具有小于参考宽度的宽度且具有暴露第二蚀刻停止层的深度的多个孔。
31.第二材料层的厚度可以大于第一材料层的厚度。
32.第二蚀刻停止层的厚度可以小于第一蚀刻停止层的厚度。
33.该方法还可以包括：在形成第二材料层之前，通过图案化第一材料层来形成具有小于参考宽度的宽度的多个孔；以及用第三材料填充多个孔。
34.第一蚀刻停止层的厚度在约10nm至约30nm的范围内。
35.根据本公开的另一方面，提供了一种图像传感器，包括：传感器衬底，包括多个感光单元、设置在传感器衬底上的间隔物层、以及设置在间隔物层上的分色透镜阵列，分色透镜阵列包括：第一层，包括多个第一纳米柱；以及第二层，包括多个第二纳米柱，其中，多个第一纳米柱包括具有小于参考宽度的第一宽度的一个或多个第三纳米柱，以及其中，多个第二纳米柱具有大于或等于参考宽度的第二宽度。
36.第一宽度可以为50nm或更大。
37.第二宽度可以为100nm或更大。
附图说明
38.根据以下结合附图的描述，本公开的一些实施例的上述和其它方面、特征以及优点将更清楚，在附图中：
39.图1是根据示例实施例的图像传感器的框图。
40.图2a和图2b是设置在根据示例实施例的图像传感器中的分色透镜阵列的示意性结构和操作的概念图。
41.图3是由根据示例实施例的图像传感器的像素阵列指示的颜色布置的平面图。
42.图4a和图4b是根据示例实施例的图像传感器的像素阵列的分别从不同截面观察的截面图。
43.图5a是根据示例实施例的设置在像素阵列中的分色透镜阵列的像素对应区域的布置的平面图，并且图5b是设置在像素阵列中的传感器衬底的像素布置的平面图。
44.图6a示出了穿过图4a的截面中的分色透镜阵列的绿光和蓝光的相位分布，图6b示出了穿过分色透镜阵列的绿光在像素对应区域的中心处的相位，以及图6c示出了穿过分色透镜阵列的蓝光在像素对应区域的中心处的相位。
45.图6d是示出了入射到第一绿光会聚区域的绿光的行进方向的示例的图，并且图6e是示出了第一绿光会聚区域的阵列的示例的图。
46.图6f是示出了入射到蓝光会聚区域的蓝光的行进方向的示例的图，并且图6g是示出了蓝光会聚区域的阵列的示例的图。
47.图7a示出了穿过图4a的截面中的分色透镜阵列的红光和绿光的相位分布，图7b示出了穿过分色透镜阵列的红光在像素对应区域的中心处的相位，以及图7c示出了穿过分色透镜阵列的绿光在像素对应区域的中心处的相位。
48.图7d是示出了入射到红光会聚区域的红光的行进方向的示例的图，并且图7e是示出了红光会聚区域的阵列的示例的图。
49.图7f是示出了入射到第二绿光会聚区域的绿光的行进方向的示例的图，并且图7g是示出了第二绿光会聚区域的阵列的示例的图。
50.图8a和图8b分别是在根据示例实施例的图像传感器的像素阵列中设置的分色透镜阵列中的第一透镜层的第一纳米柱和第二透镜层的第二纳米柱的尺寸分布的详细平面
图。
51.图9是设置在根据对比例的分色透镜阵列中的纳米柱的尺寸分布的详细平面图。
52.图10是根据另一实施例的图像传感器的像素阵列的截面图。
53.图11是根据另一实施例的图像传感器的像素阵列的截面图。
54.图12是根据另一实施例的图像传感器的像素阵列的截面图。
55.图13a至图13f是用于描述根据示例实施例的制造图像传感器的方法的图。
56.图14a至图14c是用于描述根据另一实施例的制造图像传感器的方法的图。
57.图15a至图15f是用于描述根据另一实施例的制造图像传感器的方法的图。
58.图16是包括根据示例实施例的图像传感器的电子设备的示意性框图。
59.图17是示意性地示出了图16的电子设备中包括的相机模块的框图。
具体实施方式
60.现在详细参考示例实施例，附图中示出了实施例的示例，在整个附图中，相同的附图标记指代相同的元件。在这点上，示例实施例可以具有不同形式，并且不应当被解释为限于本文所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述示例实施例，以解释各个方面。如本文中所使用的术语“和/或”包括相关列出项中的任一项和一项或多项的所有组合。诸如
“…
中的至少一个”之类的表述当在元件列表之后时修饰整个元件列表，而不是修饰列表中的单独元件。
61.在下文中，将参考附图详细描述本公开的示例实施例。同时，下面描述的示例实施例仅仅是示例，并且可以根据这些示例实施例进行各种修改。在附图中，类似的附图标记表示类似的元件，并且为了说明的清楚起见，每个元件的尺寸和厚度可以被夸大。
62.在下文中，所描述的“上方”或“上”不仅可以包括直接接触的上方，还可以包括非接触方式的上方。
63.虽然诸如“第一”和“第二”之类的术语可以用于描述各种组件，但仅用于将一个组件与其他组件区分开的目的。这些术语不限制组件的材料或结构。
64.单数形式的表述涵盖复数表述，除非在上下文中具有明确的不同意义。此外，除非明确地相反地描述，否则词语“包括”和诸如“含有”或“包含”的变型词将被理解为意味着包括所阐述的元件，但不排除任何其他元件。
65.另外，说明书中描述的术语“单元”、
“…
机(器)”和“模块”是指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或软件组件及其组合来实现。
66.术语“该”和类似指示词的使用可以指代单数和复数两者。
67.构成方法的操作可以以任何合适的顺序执行，除非明确声明以所描述的顺序进行。此外，所有示例性术语(例如，等)的使用仅旨在说明技术思想，并且不应被解释为限制术语的范围，除非进一步受权利要求的限制。
68.参考图1，图像传感器1000可以包括像素阵列1100、时序控制器(t/c)1010、行解码器1020和输出电路1030。图像传感器可以是电荷耦合器件(ccd)图像传感器或互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器。
69.像素阵列1 100包括沿着多个行和多个列二维布置的像素。行解码器1020响应于从时序控制器1010输出的行地址信号从像素阵列1100的多个行中选择一行。输出电路1030
从沿着所选行布置的多个像素逐列输出光检测信号。为此，输出电路1030可以包括列解码器和模数转换器(adc)。例如，输出电路1030可以包括：在列解码器与像素阵列1100之间针对各个列布置的多个adc或者设置在列解码器的输出端处的一个adc。时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030可以实现为单个芯片或者可以实现为分开的芯片。用于处理通过输出电路1030输出的图像信号的处理器可以与时序控制器1010、行解码器1020和输出电路1030一起实现为单个芯片。
70.像素阵列1100可以包括感测不同波长的光的多个像素。可以以各种方式实现像素的布置。
71.图2a和图2b是设置在根据示例实施例的图像传感器中的分色透镜阵列的示意性结构和操作的概念图。
72.参考图2a，分色透镜阵列csla可以包括根据入射光li的入射位置不同地改变入射光li的相位的多个纳米柱np。可以以各种方式划分分色透镜阵列csla。例如，可以将分色透镜阵列csla划分为：第一像素对应区域r1，与入射光li中包括的第一波长光lλ1所聚焦到的第一像素px1相对应；以及第二像素对应区域r2，与入射光li中包括的第二波长光lλ2所聚焦到的第二像素px2相对应。第一像素对应区域r1和第二像素对应区域r2可以各自包括一个或多个纳米柱np，并且可以布置为分别面对第一像素px1和第二像素px2。根据另一实施例，分色透镜阵列csla可以包括：第一波长会聚区域l1，用于将第一波长光lλ1会聚到第一像素px1；以及第二波长会聚区域l2，用于将第二波长光lλ2会聚到第二像素px2。第一波长会聚区域l1和第二波长会聚区域l2可以部分地彼此重叠。
73.分色透镜阵列csla可以形成入射光li中包括的第一波长光lλ1和第二波长光lλ2的不同的相位分布，从而将第一波长光lλ1会聚到第一像素px1并将第二波长光lλ2会聚到第二像素px2。
74.例如，参考图2b，在第一和第二波长光刚穿过分色透镜阵列csla之后的位置(即，分色透镜阵列csla的底面上的位置)处，分色透镜阵列csla可以使第一波长光lλ1具有第一相位分布pp1并且使第二波长光lλ2具有第二相位分布pp2，因此第一波长光lλ1和第二波长光lλ2可以分别会聚在与其相对应的第一像素px1和第二像素px2处。详细地，穿过分色透镜阵列csla的第一波长光lλ1可以具有如下相位分布：其在第一像素对应区域r1的中心处最大，并且在远离第一像素对应区域r1的中心的方向(即，朝向第二像素对应区域r2的方向)上减小。相位分布类似于通过凸透镜(例如，具有凸中心并设置在第一波长会聚区域l1中的微透镜)会聚到一点的光的相位分布，并且第一波长光lλ1可以会聚到第一像素px1。此外，穿过分色透镜阵列csla的第二波长光lλ2可以具有如下相位分布：其在第二像素对应区域r2的中心处最大，并且在远离第二像素对应区域r2的中心的方向(即，朝向第一像素对应区域r1的方向)上减小，因此第二波长光lλ2可以会聚到第二像素px2。
75.由于材料的折射率根据反应光的波长而变化，因此分色透镜阵列csla可以为第一波长光lλ1和第二波长光lλ2提供不同的相位分布。换言之，因为即使是相同的材料，如果入射到其上的光的波长不同，则也呈现出不同的折射率，并且光的不同波长在穿过相同的材料之后具有不同的相位延迟，因此对于不同的波长可以形成不同的相位分布。例如，由于第一像素对应区域r1对于第一波长光lλ1的折射率和第一像素对应区域r1对于第二波长光lλ2的折射率可以彼此不同，并且穿过第一像素对应区域r1的第一波长光lλ1的相位延迟和穿
过第一像素对应区域r1的第二波长光lλ2的相位延迟可以彼此不同，因此，通过考虑光的性质来设计分色透镜阵列csla，可以分别为第一波长光lλ1和第二波长光lλ2提供不同的相位分布。
76.分色透镜阵列csla可以包括根据特定规则布置的纳米柱np，使得第一波长光lλ1和第二波长光lλ2分别具有第一相位分布pp1和第二相位分布pp2。这里，该规则适用于纳米柱np的参数，例如形状、尺寸(宽度和高度)、间距和布置形状等，并且可以基于通过分色透镜阵列csla要实现的目标相位分布来确定这些参数。
77.用于在第一像素对应区域r1中布置纳米柱np的规则和用于在第二像素对应区域r2中布置纳米柱np的规则可以彼此不同。换言之，设置在第一像素对应区域r1中的纳米柱np的尺寸、形状、间距和/或布置可以与设置在第二像素对应区域r2中的纳米柱np的尺寸、形状、间距和/或布置不同。
78.纳米柱np可以具有亚波长的形状尺寸。这里，亚波长是指小于要划分的光的波段的波长。纳米柱np可以具有例如小于第一波长和第二波长中的较短波长的形状尺寸。纳米柱np可以具有圆柱形状，该圆柱形状具有亚波长截面直径。然而，纳米柱np的形状不限于此。当入射光li是可见光时，纳米柱np的截面的直径可以具有小于例如400nm、300nm或200nm的尺寸。另一方面，纳米柱np的高度可以为约500nm至约1500nm，其中，该高度可大于截面的直径。根据示例实施例，纳米柱np可以包括在高度方向(z方向)上堆叠的两个或更多个柱的组合。
79.纳米柱np可以包括折射率高于围绕材料的折射率的材料。纳米柱np可以包括例如c-si、p-si、a-si、iii-v族化合物半导体(例如，gap、gan、gaas等)、sic、tio2、sin和/或其组合。折射率不同于围绕材料的折射率的纳米柱np可以改变穿过纳米柱np的光的相位。这是由于纳米柱np的亚波长形状尺寸所引起的相位延迟，并且相位延迟的程度是基于纳米柱np的具体形状尺寸和布置等来确定的。纳米柱np的围绕材料可以包括折射率低于纳米柱np的折射率的电介质材料。例如，围绕材料可以包括sio2或空气。然而，这仅仅是示例，并且可以选择构成纳米柱np的材料和围绕材料，使得纳米柱np的折射率低于围绕材料的折射率。
80.可以设置分色透镜阵列csla的区域划分以及纳米柱np的形状和布置以形成根据要会聚到多个像素(即，第一像素px1和第二像素px2)的波长而分离入射光的相位分布。波长分离可以包括但不限于可见光波段的分色，并且波段可以扩展到可见光到红外光的范围或各种其他范围。第一波长λ1和第二波长λ2可以从可见光波段到红外光波段。然而，本公开不限于此，第一波长λ1与第二波长λ2可以根据多个纳米柱np的布置规则包括各种波段。此外，尽管示出了将入射光划分为两个波长的光束并会聚的情况，但本公开不限于此，并且可以根据波长将入射光划分为三个或更多个方向并会聚。
81.此外，已经基于纳米柱np布置在单层中的示例描述了分色透镜阵列csla，但分色透镜阵列csla也可以具有纳米柱np布置在多个层中的堆叠结构。
82.另一方面，如上所述，由分色透镜阵列csla进行的波长分离基于由于纳米柱np的形状和材料以及围绕材料所引起的折射率分布。当没有很好地实现用于形成所需折射率分布的参数时，波长分离效率可能会降低。由于根据能够在制造工艺期间减少工艺分散的制造方法来制造根据示例实施例的图像传感器，因此可以最大化分色效率。
83.图3是由根据示例实施例的图像传感器的像素阵列指示的颜色布置的平面图。
84.图3所示的像素布置是图像传感器1000中通常采用的拜耳图案布置。如图3所示，一个单元图案包括四个象限区域，并且第一象限至第四象限可以分别变为蓝色像素b、绿色像素g、红色像素r和绿色像素g。可以沿着第一方向(x方向)和第二方向(y方向)二维且重复地布置这种单元图案。换言之，在2
×
2阵列形式的单元图案中，沿着一个对角线方向布置两个绿色像素g，并且沿着另一对角线方向布置一个蓝色像素b和一个红色像素r。就整个像素布置而言，可以沿第二方向重复地布置其中多个绿色像素g和多个蓝色像素b沿第一方向交替布置的第一行、以及其中多个红色像素r和多个绿色像素g沿第一方向交替布置的第二行。
85.与这种颜色布置相对应地，图像传感器1000的像素阵列1100可以包括用于会聚对应于特定像素的颜色光的分色透镜阵列。换言之，可以针对由参考图2a和图2b描述的分色透镜阵列csla分离的波长来设置区域划分以及纳米柱np的形状和布置，使得波长分别变为红色波长、绿色波长和蓝色波长。
86.图3的颜色布置仅仅是示例，并且本公开不限于此。例如，可以使用：cygm布置，其中品红色像素m、青色像素c、黄色像素y和绿色像素g构成一个单元图案；以及rgbw布置，其中绿色像素g、红色像素r、蓝色像素b和白色像素w构成一个单元图案。此外，单元图案可以以3
×
2阵列的形式实现。此外，可以根据图像传感器1000的颜色特性以各种方式布置像素阵列1100的像素。在下文中，将描述图像传感器1000的像素阵列1100具有拜耳图案的示例，但操作原理可以应用于除了拜耳图案之外的形式的像素阵列。
87.图4a和图4b分别是从不同的截面观察的图1的图像传感器的像素阵列1100的截面图。图5a是设置在像素阵列1100中的分色透镜阵列130的像素对应区域的布置的平面图，并且图5b是设置在像素阵列1100中的传感器衬底110的像素布置的平面图。
88.参考图4a和图4b，图像传感器1000的像素阵列1100包括：传感器衬底110，其包括感测光的多个像素111、112、113和114；以及分色透镜阵列130，设置在传感器衬底110上。
89.间隔物层120可以设置在传感器衬底110与分色透镜阵列130之间。根据示例实施例，间隔物层120可以是透明间隔物层。间隔物层120支撑分色透镜阵列130并且可以具有满足传感器衬底110与分色透镜阵列130之间的距离要求的厚度hs。
90.滤色器阵列170可以设置在传感器衬底110与间隔物层120之间。滤色器阵列170可以包括红色滤色器rf、绿色滤色器gf和蓝色滤色器bf，并且可以以与如图3所示的颜色布置相对应的形状布置。在示例实施例中，分色透镜阵列130执行分色，并且附加设置的滤色器阵列170可以通过补偿分色透镜阵列130在分色期间可能出现的一些误差来提高色纯度。根据另一示例实施例，可以省略滤色器阵列170。
91.分色透镜阵列130具有多个纳米柱布置在多个层中的形式。多个纳米柱根据布置位置具有各种宽度，并且具有小于参考尺寸的宽度的纳米柱仅布置在多个层之一中。根据示例实施例，参考尺寸是预定的参考尺寸。预定的参考尺寸在下文中将被称为参考尺寸wc。可以考虑在制造分色透镜阵列130的工艺中使用的光刻设备的性能(例如，可以由光刻设备实现的最小临界尺寸cd)来设置参考尺寸wc。例如，参考尺寸wc可以等于或大于80nm且小于或等于200nm。因为考虑光刻设备的性能来确定参考尺寸wc。因此，例如，可以在约80nm至约100nm的范围内确定参考尺寸wc，或者可以在约170nm至约200nm的范围内确定参考尺寸wc，但不限于上述范围。
92.根据示例实施例，在下面的描述中，其中具有小于参考尺寸wc的宽度的纳米柱和具有等于或大于参考尺寸wc的宽度的纳米柱被一起布置的第一层le1将被称为窄cd层，并且其中仅布置了具有大于参考尺寸wc的宽度的纳米柱的第二层le2将被称为宽cd层。此外，与术语窄cd层和宽cd层一起，包括第一透镜层le1和第二透镜层le2的术语可以根据间隔物层120的布置顺序一起使用。
93.分色透镜阵列130包括：第一透镜层le1，包括多个第一纳米柱np1；以及第二透镜层le2，包括多个第二纳米柱np2，其中，第一透镜层le1可以是窄cd层，并且第二透镜层le2可以是宽cd层。
94.根据示例实施例，多个第一纳米柱np1可以具有宽度d1，其中，宽度d1与垂直于高度方向(z方向)的截面的宽度的相对应。根据示例实施例，宽度d1可以是亚波长值。根据示例实施例，宽度d1可以小于由分色透镜阵列130分离的光的波长。根据示例实施例，宽度d1可以小于由分色透镜阵列130分离的光的波段的中心波长。根据示例实施例，宽度d1也可以小于由分色透镜阵列130分离的光的波段的中心波长的一半。根据示例实施例，多个第一纳米柱可以具有不同的宽度d1。例如，宽度d1的范围可以是包括小于和大于参考尺寸wc的所有值的范围。例如，多个第一纳米柱中的一个或多个第一纳米柱可以具有小于参考尺寸wc的宽度d1，并且多个第一纳米柱中的另一个可以具有大于参考尺寸wc的宽度d1。d1的上限可以为例如400nm、350nm或250nm。d1的下限可以为50nm、60nm或70nm。
95.根据示例实施例，多个第二纳米柱np2可以具有宽度d2，其中，宽度d2与垂直于高度方向(z方向)的截面的宽度的相对应。根据示例实施例，第二纳米柱np2的宽度d2可以为亚波长值。根据示例实施例，多个第一纳米柱可以具有不同的宽度d1。例如，宽度d2的范围可以具有的400nm、300nm或250nm的上限，与d1的上限类似。然而，与宽度d1不同，宽度d2的范围的下限可以大于参考尺寸wc。
96.第一纳米柱np1和第二纳米柱np2可以具有在z方向上分别具有高度h1和h2的柱状形状，并且可以具有圆柱形状、椭圆柱状形状或多边形柱形状，或者可以具有对称或不对称截面形状的柱形状。尽管示出了第一纳米柱np1和第二纳米柱np2具有垂直于高度方向的恒定宽度(即，平行于高度方向的矩形截面)，但这仅仅是示例。不同于附图中所示，第一纳米柱np1和第二纳米柱np2的垂直于高度方向的宽度可以不是恒定的。例如，与高度方向平行的截面形状可以具有倒梯形形状。当第一纳米柱np1和第二纳米柱np2的垂直于高度方向的宽度不恒定时，可以将上述d1和d2定义为非均匀宽度范围内的最大值。
97.第一纳米柱np1的高度h1和第二纳米柱np2的高度h2可以从亚波长尺寸到比波长大几倍的尺寸。例如，第一纳米柱np1的高度h1和第二纳米柱np2的高度h2可以是由分色透镜阵列130分离的光的波段的中心波长的5倍或更小、4倍或更小、或3倍或更小。第一纳米柱np1的高度h1和第二纳米柱np2的高度h2可以各自例如从约200nm至约1500nm。然而，这仅仅是示例，并且本公开不限于此。第一纳米柱np1的高度h1和第二纳米柱np2的高度h2之和(即，h1+h2)的范围可以从约800nm至约1500nm或从约800nm至约1000nm。第一纳米柱np1的高度h1和第二纳米柱np2的高度h2可以彼此相同或不同。高度h1和h2可以被确定为适合于形成稍后将描述的用于分色的相位分布，并且还可以通过考虑稍后将描述的详细工艺条件来确定。
98.第一透镜层le1包括多个第一纳米柱np1和设置在它们周围的第一围绕材料层e1，
并且第二透镜层le2包括多个第二纳米柱np2和设置在它们周围的第二围绕材料层e2。第一围绕材料层e1可以以围绕第一纳米柱np1的侧表面的形式设置，并且第二围绕材料层e2可以以围绕第二纳米柱np2的侧表面的形式设置。第一纳米柱np1可以包括具有高于第一围绕材料层e1的折射率的材料，并且第二纳米柱np2可以包括具有高于第二围绕材料层e2的折射率的材料。然而，这仅仅是示例，并且折射率关系可以颠倒。
99.根据示例实施例，具有高折射率的材料可以包括c-si、p-si、a-si、iii-v族化合物半导体(gaas、gap、gan、gaas等)、sic、tio2和sin中的至少一种，而具有低折射率的材料可以包括聚合物材料(如su-8和pmma)、sio2、sog、或者空气。
100.第一纳米柱np1和第二纳米柱np2可以包括相同的材料。第一围绕材料层e1和第二围绕材料层e2可以包括相同的材料。然而，本公开不限于此。
101.根据示例实施例，第一蚀刻停止层es1可以设置在间隔物层120与第一透镜层lei之间。可以设置第一蚀刻停止层es1以在制造分色透镜阵列130的工艺中保护间隔物层120，该间隔物层120是位于分色透镜阵列130下方的结构。在间隔物层120上制作第一透镜层le1期间，在沉积要图案化为第一围绕材料层e1的材料层之后，执行将材料层蚀刻至预定深度的工艺以形成要填充材料以成为第一纳米柱np1的孔。此时，间隔物层120可能由于蚀刻超出所需深度而损坏，并且当间隔物层120的厚度hs不满足分色透镜阵列130与传感器衬底110之间的距离要求时，分色性能可能下降。第一蚀刻停止层es1可以包括蚀刻选择性低于要蚀刻的材料层的蚀刻选择性的材料，因此第一蚀刻停止层es1在蚀刻工艺期间保留而不容易被去除。因此，第一蚀刻停止层es1可以防止间隔物层120被蚀刻工艺损坏。第一蚀刻停止层es1可以包括hfo2。第一蚀刻停止层es1的厚度可以通过考虑蚀刻深度(即第一透镜层le1的高度h1)来确定，并且还可以通过考虑工艺晶片内的蚀刻分布来确定。第一蚀刻停止层es1的厚度可以从约3nm至约30nm。
102.根据示例实施例，第二蚀刻停止层es2可以设置在第一透镜层le1与第二透镜层le2之间。可以设置第二蚀刻停止层es2以防止第一透镜层le1在制造第二透镜层le2的工艺中被损坏。在第一透镜层le1上制作第二透镜层le2期间，在沉积要图案化为第二围绕材料层e2的材料层之后，执行将材料层蚀刻至预定深度的工艺以形成要填充材料以成为第二纳米柱np2的孔。此时，第一透镜层le1可能由于蚀刻超出所需深度而损坏，并且当第一透镜层le1的高度h1不满足期所需高度要求时，分色性能可能下降。形成在第一透镜层le1上的第二蚀刻停止层es2可以包括蚀刻选择性低于要蚀刻的材料层的蚀刻选择性的材料，因此第二蚀刻停止层es2在蚀刻工艺期间保留而不容易被去除。因此，第二蚀刻停止层es2可以防止第一透镜层le1被蚀刻工艺损坏。第二蚀刻停止层es2可以包括hfo2。第二蚀刻停止层es2的厚度可以通过考虑蚀刻深度(即第二透镜层le2的高度h2)来确定，并且还可以通过考虑工艺晶片内的蚀刻分布来确定。第二蚀刻停止层es2的厚度可以从约3nm至约30nm。
103.根据示例实施例，还可以在分色透镜阵列130上设置用于保护分色透镜阵列130的保护层。保护层可以包括用作抗反射层的材料。抗反射层可以从入射光中减少由分色透镜阵列130的顶面反射的光，从而提高像素阵列1100的光利用效率。换言之，抗反射层允许从像素阵列1100上的外部入射的光穿过分色透镜阵列130而不被分色透镜阵列130的顶面反射，从而被传感器衬底110检测到。抗反射层可以具有一个层或多个层层叠的结构。例如，抗反射层可以包括：一个层，其包括与构成第二透镜层le2的材料不同的材料；或者多个材料
层，具有彼此不同的折射率。
104.传感器衬底110包括检测光并将检测到的光转换为电信号的多个感光单元。多个感光单元可以包括第一绿色像素111、蓝色像素112、红色像素113和第二绿色像素114。如图4a、图4b和图5b所示，可以沿着第一方向(x方向)交替布置第一绿色像素111和蓝色像素112，并且在沿y方向上具有不同位置的截面中，可以交替布置红色像素113和第二绿色像素114。
105.图5b所示的传感器衬底110的像素布置是与图3所示的拜耳图案的颜色布置相对应的像素布置。在下文中，图像传感器的像素布置作为同义词可以与传感器衬底的像素布置互换使用。传感器衬底110的像素布置用于感测入射光并将其划分为单元图案，如拜耳图案。例如，第一绿色像素111和第二绿色像素114可以感测绿光，蓝色像素112可以感测蓝光，以及红色像素113可以感测红光。根据示例实施例，用于分离单元的分离膜还可以形成在单元之间的边界处。
106.参考图4a、图4b、图5a和图5b，分色透镜阵列130可以被划分为分别与传感器衬底110的像素111、112、113和114相对应的四个像素对应区域131、132、133和134。第一绿色像素对应区域131对应于第一绿色像素111，并且可以设置在第一绿色像素111上。蓝色像素对应区域132对应于蓝色像素112，并且可以设置在蓝色像素112上。红色像素对应区域133对应于红色像素113，并且可以设置在红色像素111上。第二绿色像素对应区域134对应于第二绿色像素114，并且可以设置在第二绿色像素114上。换言之，分色透镜阵列130的像素对应区域131、132、133和134可以布置为分别面对传感器衬底110的像素111、112、113和114。像素对应区域131、132、133和134可以在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上二维地布置，以使其中第一绿色像素对应区域131与蓝色像素对应区域132交替布置的第一行和其中红色像素对应区域133与第二绿色像素对应区域134交替布置的第二行交替布置。与传感器衬底110一样，分色透镜阵列130也包括多个二维布置的单元图案，并且每个单元图案包括以2
×
2形状布置的像素对应区域131、132、133和134。
107.另一方面，与图2a中所描述的概念类似，分色透镜阵列130的区域也可以描述为包括用于会聚绿光的绿光会聚区域、用于会聚蓝光的蓝光会聚区域、以及用于会聚红光的红光会聚区域。
108.分色透镜阵列130可以包括第一纳米柱np1和第二纳米柱np2，其尺寸、形状、间距和/或布置被确定为使得：将绿光分离并会聚到第一绿色像素111和第二绿色像素114、将蓝光分离并会聚到蓝色像素112、以及将红光分离并会聚到红色像素113。
109.在图5a的平面图中，可以在像素对应区域131、132、133和134中的每一个中以各种形状和布置方式布置纳米柱。图4a和图4b的截面图中所示的纳米柱的形状和布置也是示例，并且不限于此。尽管图4a和图4b示出了一个第一纳米柱np1和一个第二纳米柱np2设置在每个区域中，但这仅仅是示例。每个区域中设置的第一纳米柱np1和第二纳米柱np2的数量可以彼此不同，并且，在一些位置处，可以不存在与第一纳米柱np1相对应的第二纳米柱np2。第一纳米柱np1和第二纳米柱np2可以布置在区域之间的边界处。
110.拜耳图案的像素布置特性可以反映在像素对应区域131、132、133和134中的纳米柱的布置中。在拜耳图案像素阵列中，在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上与蓝色像素112和红色像素113两者相邻的像素是第一绿色像素111和第二绿色像素114。然而，在第
一方向(x方向)上与第一绿色像素111相邻的像素是蓝色像素112，并且在第二方向(y方向)上与第一绿色像素111相邻的像素是红色像素113。此外，在第一方向(x方向)上与第二绿色像素114相邻的像素是红色像素113，并且在第二方向(y方向)上与第二绿色像素114相邻的像素是蓝色像素112。此外，在四个对角线方向上与第一绿色像素111和第二绿色像素114两者相邻的像素是绿色像素，并且在四个对角线方向上与蓝色像素112相邻的像素都是红色像素113，以及在四个对角线方向上与红色像素113相邻的像素都是蓝色像素112。因此，可以在分别对应于蓝色像素112和红色像素113的蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133中以四重对称的形状布置第一纳米柱np1，并且可以在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134中以2重对称的形状布置第一纳米柱np1。第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134中的第一纳米柱np1可以具有在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)具有不同宽度的不对称截面形状，并且蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133中的第一纳米柱np1可以具有在第一方向(x方向)和第二方向(y方向)上具有相同宽度的对称截面形状。第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134中的第一纳米柱np1的布置可以具有相对于彼此旋转90度的形状。
111.第一纳米柱np1和第二纳米柱np2的布置规则是与像素布置相对应的波长分离的示例，并且不限于上面的描述或附图中所示的图案。
112.间隔物层120设置在传感器衬底110与分色透镜阵列130之间，以维持传感器衬底110与分色透镜阵列130之间的距离恒定。间隔物层120可以包括对可见光透明的材料，即折射率低于纳米柱np的折射率并且在可见光波段呈现低吸收率的电介质材料，例如sio2和基于硅氧烷的自旋上玻璃(sog)。可以在ht-p≤hs≤ht+p的范围内选择间隔物层120的厚度hs。这里，ht表示具有由分色透镜阵列130分离的波段的中心波长的光的焦距，并且p表示像素间距。在示例实施例中，像素间距可以是几微米或更小，例如，2微米或更小、1.5微米或更小、1微米或更小、或0.7微米或更小。像素间距可以在从约0.5μm至约1.5μm的范围内。可以基于例如540nm(即，绿光的中心波长)来设计间隔物层120的厚度。
113.滤色器阵列170可以设置在传感器衬底110与分色透镜阵列130之间。在这种情况下，考虑到滤色器阵列170的厚度，可以通过分色透镜阵列130将间隔物层120的厚度设置为小于由分色透镜阵列130分离的波段的中心波长的光的焦距。例如，可以通过分色透镜阵列130将厚度设置为小于绿光的焦距。
114.间隔物层120还可以支撑构成分色透镜阵列130的第一纳米柱np1和第二纳米柱np2。间隔物层120可以包括折射率小于第一纳米柱np1的折射率的电介质材料。当第一围绕材料层e1包括折射率高于第一纳米柱np1的折射率的材料时，间隔物层120可以包括折射率低于第一围绕材料层e1的折射率的材料。
115.图6a示出了穿过图4a的截面中的分色透镜阵列130的绿光和蓝光的相位分布，图6b示出了穿过分色透镜阵列130的绿光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位，以及6c示出了穿过分色透镜阵列130的蓝光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位。图6a的绿光和蓝光的相位分布与上面参考图2b描述的第一波长光和第二波长光的相位分布相似。
116.参考图6a和图6b，穿过分色透镜阵列130的绿光可以具有第一绿光相位分布ppg1，该第一绿光相位分布ppg1在第一绿色像素对应区域131的中心处最大并且在远离第一绿色
像素对应区域131的中心的方向上减小。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后的位置处，即在分色透镜阵列130的底面或间隔物层120的顶面上，绿光的相位在第一绿色像素对应区域131的中心处最大，在远离第一绿色像素对应区域131的中心的方向上以同心圆的形式逐渐减小，并且在沿x方向和y方向上的蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心处变得最小，以及在沿对角线方向上的第一绿色像素对应区域131与第二绿色像素对应区域134之间的接触点处变得最小。当从第一绿色像素对应区域131的中心发射的绿光的相位被设置为2π时，可以从蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心发射相位从约0.9π至约1.1π的光，可以从第二绿色像素对应区域134的中心发射相位2π的光，以及可以从第一绿色像素对应区域131与第二绿色像素对应区域134之间的接触点发射相位从约1.1π至约1.5π的光。因此，穿过第一绿色像素对应区域131的中心的绿光与穿过蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心的绿光之间的相位差可以从约0.9π至约1.1π。
117.同时，第一绿光相位分布ppg1并不意味着穿过第一绿色像素对应区域131的中心的光的相位延迟最大。当穿过第一绿色像素对应区域131的光的相位被设置为2π，并且穿过另一位置的光的相位延迟较大且具有大于2π的相位值时，第一绿光相位分布ppg1可以是去除2nπ之后剩余的值(即卷绕相位)的分布。例如，当穿过第一绿色像素对应区域131的光的相位为2π，并且穿过蓝色像素对应区域132的中心的光的相位为3π时，蓝色像素对应区域132中的光的相位可以是π，这是从3π中去除2π的结果(当n＝1时)。
118.参考图6a和图6c，穿过分色透镜阵列130的蓝光可以具有蓝光相位分布ppb，该蓝光相位分布ppb在蓝色像素对应区域132的中心处最大并且在远离蓝色像素对应区域132的中心的方向上减小。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后的位置处，蓝光的相位在蓝色像素对应区域132的中心处最大，在远离蓝色像素对应区域132的中心的方向上以同心圆的形式逐渐减小，并且在沿x方向和y方向上的第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处变得最小，以及在沿对角线方向上的红色像素对应区域133的中心处变得最小。当蓝光在蓝色像素对应区域132的中心处的相位为2π时，蓝光在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位可以例如从约0.9π至约1.1π，并且蓝光在红色像素对应区域133处的相位可以小于其在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位，例如，从约0.5π至约0.9π。
119.图6d是示出了入射到第一绿光会聚区域的绿光的行进方向的示例的图，并且图6e是示出了第一绿光会聚区域的阵列的示例的图。
120.如图6d所示，通过分色透镜阵列130将入射到第一绿色像素对应区域131周围的绿光会聚到第一绿色像素111，并且不仅来自第一绿色像素对应区域131的绿光，而且来自蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的绿光也入射在第一绿色像素111上。换言之，参考图6a和图6b描述的绿光的相位分布将穿过第一绿光会聚区域gl1的绿光会聚到第一绿色像素111，该第一绿光会聚区域gl1将与第一绿色像素对应区域131的一侧相邻的两个蓝色像素对应区域132和两个红色像素对应区域133的中心连接。因此，如图6e所示，分色透镜阵列130可以操作为第一绿光会聚区域gl1的阵列，用于将绿光会聚到第一绿色像素111。第一绿光会聚区域gl1大于对应的第一绿色像素111，并且可以例如是对应的第一绿色像素111的1.2倍至2倍。
121.图6f是示出了入射到蓝光会聚区域的蓝光的行进方向的示例的图，并且图6g是示
出了蓝光会聚区域的阵列的示例的图。
122.如图6f所示，通过分色透镜阵列130将蓝光会聚到蓝色像素112，并且来自像素对应区域131、132、133、134的蓝光入射到蓝色像素112。图6a和图6c中描述的蓝光的相位分布使穿过蓝光会聚区域bl的蓝光会聚到蓝色像素112，其中蓝光会聚区域bl是通过将与蓝色像素对应区域132的四个顶点相邻的四个红色像素对应区域133的中心连接来形成的。因此，如图6g所示，分色透镜阵列130可以操作为蓝光会聚区域bl的阵列，用于将蓝光会聚到蓝色像素112。蓝光会聚区域bl大于对应的蓝色像素112，并且可以例如是对应的蓝色像素112的1.5倍至4倍。蓝光会聚区域bl可以部分地与上述第一绿光会聚区域gl1和第二绿光会聚区域gl2以及稍后将描述的红光会聚区域rl重叠。
123.图7a示出了穿过图4b的截面中的分色透镜阵列130的红光和绿光的相位分布，图7b示出了穿过分色透镜阵列130的红光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位，以及7c示出了穿过分色透镜阵列130的绿光在像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位。
124.参考图7a和图7b，穿过分色透镜阵列130的红光可以具有红光相位分布ppr，该红光相位分布ppr在红色像素对应区域133的中心处最大并且在远离红色像素对应区域133的中心的方向上减小。具体地，在刚穿过分色透镜阵列130之后的位置处，红光的相位在红色像素对应区域133的中心处最大，在远离红色像素对应区域133的中心的方向上以同心圆的形式逐渐减小，并且在沿x方向和y方向上的第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处变得最小，以及在沿对角线方向上的蓝色像素对应区域132的中心处变得最小。当红光在红色像素对应区域133的中心处的相位为2π时，红光在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位可以例如从约0.9π至约1.1π，并且红光在蓝色像素对应区域132处的相位可以小于其在第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的中心处的相位，例如，从约0.6π至约0.9π。
125.参考图7a和图7c，穿过分色透镜阵列130的绿光可以具有第二绿光相位分布ppg2，该第二绿光相位分布ppg2在第二绿色像素对应区域134的中心处最大并且在远离第二绿色像素对应区域134的中心的方向上减小。将图6a的第一绿光相位分布ppg1与图7a的第二绿光相位分布ppg2进行比较，第二绿光相位分布ppg2等同于第一绿光相位分布ppgl在x方向和y方向中的每一个方向上水平移动1个像素间距。换言之，第一绿光相位分布ppg1在第一绿色像素对应区域131的中心处显示最大相位，而第二绿光相位分布ppg2在第二绿色像素对应区域134的中心处显示最大相位，第二绿色像素对应区域134的中心在x方向和y方向中的每一个方向上与第一绿色像素对应区域131的中心间隔开一个像素间距。图6b和图7c示出的像素对应区域131、132、133和134的中心处的相位的相位分布可以相同。为了描述绿光的基于第二绿色像素对应区域134的相位分布，当从第二绿色像素对应区域134的中心发射的绿光的相位被设置为2π时，可以从蓝色像素对应区域132和红色像素对应区域133的中心发射相位从约0.9π至约1.1π的光，可以从第一绿色像素对应区域131的中心发射相位2π的光，以及可以从第一绿色像素对应区域131与第二绿色像素对应区域134之间的接触点发射相位从约1.1π至约1.5π的光。
126.图7d是示出了入射到红光会聚区域的红光的行进方向的示例的图，并且图7e是示出了红光会聚区域的阵列的示例的图。
127.如图7d所示，通过分色透镜阵列130将红光会聚到红色像素113，并且来自像素对应区域131、132、133、134的红光入射到红色像素113。图7a和图7b中描述的红光的相位分布使穿过红光会聚区域rl的红光会聚到红色像素113，其中红光会聚区域rl是通过将与红色像素对应区域133的四个顶点相邻的四个蓝像素对应区域132的中心连接来形成的。因此，如图7e所示，分色透镜阵列130可以操作为红光会聚区域rl的阵列，用于将红光会聚到红色像素。红光会聚区域rl大于对应的红色像素113，并且可以例如是对应的红色像素113的1.5倍至4倍。红光会聚区域rl可以部分地与第一绿光会聚区域gl1、第二绿光会聚区域gl2和蓝光会聚区域bl重叠。
128.参考图7f和图7g，入射到第二绿色像素对应区域134周围的绿光以与针对入射到第一绿色像素对应区域131周围的绿光描述的方式类似的方式行进，并且，如图7f所示，会聚到第二绿色像素114。因此，如图7g所示，分色透镜阵列130可以操作为第二绿光会聚区域gl2的阵列，用于将绿光会聚到第二绿色像素114。第二绿光会聚区域gl2大于对应的第二绿色像素114，并且可以例如是对应的第二绿色像素114的1.2倍至2倍。
129.图8a和图8b分别是在根据示例实施例的图像传感器的像素阵列中设置的分色透镜阵列中的第一透镜层le1的第一纳米柱np1和第二透镜层le2的第二纳米柱np2的尺寸分布的详细平面图。
130.参考图8a，在第一透镜层le1中，具有相对较大宽度的第一纳米柱np1布置在第一绿色像素对应区域131、蓝色像素对应区域132、红色像素对应区域133和第二绿色像素对应区域134的中心处，并且具有相对较小宽度的第一纳米柱np1布置在第一绿色像素对应区域131、蓝色像素对应区域132、红色像素对应区域133和第二绿色像素对应区域134的周边区域中。与布置在各个像素对应区域的中心处的第一纳米柱np1的尺寸相比，蓝色像素对应区域132的第一纳米柱np1具有最大宽度，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的第一纳米柱np1具有最小宽度，并且红色像素对应区域133的第一纳米柱np1具有中间宽度。根据示例性实施例，位于或靠近像素区域的中心区域的第一纳米柱np1的宽度大于远离像素区域的中心区域(即，与位于或靠近像素区域的中心区域的第一纳米柱np1相比更远)的第一纳米柱np1的宽度。
131.第一透镜层le1是窄cd层。换言之，设置在第一透镜层le1中的第一纳米柱np1的宽度d1可以具有小于预定参考尺寸wc和大于参考尺寸wc的所有值。例如，参考尺寸wc可以为80nm≤wc≤200nm。例如，参考尺寸wc可以为80nm≤wc≤100nm。例如，参考尺寸wc可以为170nm≤wc≤200nm。当第一透镜层le1中布置的第一纳米柱np1中的具有最小宽度的第一纳米柱np1的宽度d1由w1表示，并且第一透镜层le1中布置的第一纳米柱np1中的具有最大宽度的第一纳米柱np1的宽度d1由w3表示时，w1和w3可以分别具有50nm≤w1≤90nm和200nm≤w3≤400nm的范围。备选地，w1可以具有70nm≤w1≤80nm的范围。
132.参考图8b，在第二透镜层le2中，与第一透镜层le1不同，具有相同尺寸的第二纳米柱np2仅布置在第一绿色像素对应区域131、蓝色像素对应区域132、红色像素对应区域133和第二绿色像素对应区域134的相对中心区域中。与布置在各个像素对应区域的中心处的第二纳米柱np2的尺寸相比，蓝色像素对应区域132的第二纳米柱np2具有最大宽度，第一绿色像素对应区域131和第二绿色像素对应区域134的第二纳米柱np2具有最小宽度，并且红色像素对应区域133的第二纳米柱np2具有中间宽度。
133.第二透镜层le2是宽cd层。换言之，设置在第二透镜层le2中的第二纳米柱np2的宽度d2都等于或大于参考尺寸wc。当第二透镜层le2中布置的第二纳米柱np2中的具有最小宽度的第二纳米柱np2的宽度d2由w2表示，并且第二透镜层le2中布置的第二纳米柱np2中的具有最大宽度的第二纳米柱np2的宽度d2由w4表示时，w2大于w1并且例如可以在100nm≤w2≤110nm的范围内。w4可以具有200nm≤w4≤400nm的范围。w4可以等于w3，w3是第一纳米柱np1的最大宽度。
134.第一纳米柱np1和第二纳米柱np2的尺寸和布置是用于形成图6a至图6g以及图7a至图7g中描述的相位分布的示例，并且基于预定的参考尺寸wc，具有小于参考尺寸we的宽度的纳米柱可以仅设置在任意一层中。然而，可以在其中进行各种修改。
135.在根据示例实施例的分色透镜阵列130中，设置在其中的纳米柱np1和np2的最小宽度可以通过纳米柱np1和np2的以上布置来增加，并且整个宽度分布范围(即最小宽度与最大宽度之间的差)也可以减小。
136.图9是设置在根据对比例的分色透镜阵列中的纳米柱的尺寸分布的详细平面图。
137.在对比例的分色透镜阵列1中，多个纳米柱np布置为单层。在这种情况下，为了实现上述相位分布，纳米柱np的宽度dr的分布变得更宽。例如，当最小纳米柱np的宽度和最大纳米柱np的宽度分别由dr1和dr2表示时，dr2类似于根据示例实施例的分色透镜阵列130中的第一纳米柱np1和第二纳米柱np2的宽度的上限，但dr1可以小于w1，w1是根据示例实施例的分色透镜阵列130中的第一纳米柱np1和第二纳米柱np2的宽度的下限。这里，dr1可以为例如70nm或更小、60nm或更小、50nm或更小、40nm或更小。在根据对比例的分色透镜阵列1中，要实现的纳米柱np的最小宽度小于示例实施例的分色透镜阵列130的最小宽度，因此纳米柱的宽度范围也更宽。
138.在制造纳米柱的工艺中，需要使用适合于最小临界尺寸(cd)的光刻设备。然而，当要实现的纳米柱的最小宽度太小或要在一个工艺晶片中实现的宽度分布很宽时，可能出现缺陷。
139.根据示例实施例，通过根据预定的参考尺寸标准将多个纳米柱np1和np2布置在包括窄cd层和宽cd层的两个层中，要实现的最小宽度可以变得大于对比例的最小宽度，因此可以最小化工艺缺陷。
140.在下文中，将描述布置纳米柱np1和np2以最小化如上所述的工艺缺陷的各种示例。将在各种示例中描述的图10至图11是与图4a的截面图相对应的截面图，并且，为了方便起见，省略了对应于图4b的截面图。
141.图10是根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的截面图。
142.根据示例性实施例，设置在图10的像素阵列1101中的分色透镜阵列131与图4a和图4b的分色透镜阵列130的不同之处在于：第一透镜层le1被改变为宽cd层并且第二透镜层le2改变为窄cd层。换言之，第一透镜层le1的第一纳米柱np1的宽度d1都等于或大于参考尺寸wc，并且第二透镜层le2的第二纳米柱np2的宽度d2包括小于参考尺寸wc的宽度和大于参考尺寸wc的宽度两者。
143.其余配置与上述分色透镜阵列130的配置基本相同。
144.图11是根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的截面图。
145.类似于图10的分色透镜阵列131，在图11的像素阵列1102中设置的分色透镜阵列
132中，第一透镜层le1是宽cd层，并且第二透镜层le2是窄cd层。
146.第一蚀刻停止层es3设置在间隔物层120与第一透镜层le1之间，并且第二蚀刻停止层es4设置在第一透镜层le1与第二透镜层le2之间。
147.设置在第一透镜层le1与第二透镜层le2之间的第二蚀刻停止层es4被图案化为与第二纳米柱np2中的一些接触的形状，而不是形成在第一透镜层le1与第二透镜层le2之间的整个表面上。第二蚀刻停止层es4与第二透镜层le2的第二纳米柱np2中的具有小于参考尺寸wc的宽度d2的第二纳米柱np2的底面接触，该第二透镜层le2是窄cd层。在第二纳米柱np2中，具有等于或大于参考尺寸wc的宽度d2的一些第二纳米柱np2可以接触并连接到第一透镜层le1的第一纳米柱np1。
148.换言之，第二蚀刻停止层es4可以接触具有小于参考尺寸wc的宽度d2的所有第二纳米柱np2，并且还可以接触具有等于或大于参考尺寸wc的宽度d2的一些第二纳米柱np2。然而，具有等于或大于参考尺寸wc的宽度d2的一些第二纳米柱np2可以接触并直接连接到第一透镜层le1的第一纳米柱np1，并且具有等于或大于参考尺寸wc的宽度d2的其他一些第二纳米柱np2可以接触第二蚀刻停止层es4，而不直接接触第一透镜层le1的第一纳米柱np1。
149.在竖直方向上彼此直接连接的第二纳米柱np2的宽度d2和第一纳米柱np1的宽度d1可以相同，并且可以等于或大于预定参考宽度。该预定参考宽度将被称为参考宽度wt。参考宽度wt可以大于参考尺寸wc，或者参考宽度wt与参考尺寸wc之间的差可以足够大，例如为50nm或更大。在竖直方向上彼此直接连接的第二纳米柱np2的宽度d2和第一纳米柱np1的宽度d1可以为100nm或更大、150nm或更大、200nm或更大、250nm或更大、或300nm或更大。
150.如上所述，可以通过考虑第一透镜层le1的高度h1(即第一纳米柱np1的高度)来确定在竖直方向上彼此连接的第二纳米柱np2和第一纳米柱np1的宽度的标准。第一纳米柱np1的高度h1可以小于第二纳米柱np2的高度h2。第一纳米柱np1的高度h1可以为400nm或更小、350nm或更小、300nm或更小、250nm或更小、或200nm或更小。
151.将第一纳米柱np1的高度h1设置为小于第二纳米柱np2的高度h2可能是因为制作本实施例(图14b)的像素阵列1102的工艺的工艺条件，即，一起形成用于第二纳米柱np2的高度为h2的孔以及用于竖直连接第一纳米柱np1和第二纳米柱np2的高度为h1+h2的孔。然而，本公开不限于此，高度h1和h2可以适当地设置在可以同时形成具有不同深度和宽度的多个孔的范围内。例如，高度h1可以等于或大于高度h2。
152.第一纳米柱np1的高度h1和第二纳米柱np2的高度h2之和(即，h1+h2)的范围可以从约800nm至约1000nm。
153.可以考虑要蚀刻的材料的蚀刻速率来确定第一蚀刻停止层es3的厚度。蚀刻速率与要蚀刻的材料的量(即要蚀刻的材料区域的厚度和宽度)相关。本实施例的第一蚀刻停止层es3是在同时形成第一透镜层le1和第二透镜层le2中包括的第一纳米柱np1和第二纳米柱np2中的具有相对较大宽度的纳米柱np1和np2的蚀刻工艺中用作蚀刻停止的层。换言之，由于要蚀刻的材料区域的厚度为h1+h2或更大并且要蚀刻的材料区域的宽度大于参考尺寸wc，因此第一蚀刻停止层es3的厚度可以例如略大于上述分色透镜阵列130或131的第一蚀刻停止层es1。第一蚀刻停止层es3可以具有约3nm至约30nm的厚度、10nm或更大的厚度、或20nm或更大的厚度。
154.同样地，可以考虑要蚀刻的材料的蚀刻速率来确定第二蚀刻停止层es4的厚度。蚀刻速率取决于要蚀刻的材料的量，即，第二透镜层le2的高度h2和第二纳米柱np2的宽度d2。在本实施例中，由于第二蚀刻停止层es4仅作为第二纳米柱np2中的具有相对较小宽度的第二纳米柱np2的蚀刻停止，因此第二蚀刻停止层es4的厚度可以略小。第二蚀刻停止层es4的厚度可以小于第一蚀刻停止层es3的厚度。此外，例如，第二蚀刻停止层es4的厚度可以小于设置在上述分色透镜阵列130或131中的第二蚀刻停止层es2的厚度。第二蚀刻停止层es4可以具有从约3nm至约30nm的厚度、20nm或更小的厚度、或10nm或更小的厚度。
155.通过一次图案化将具有相对较大宽度的一些第一纳米柱np1和第二纳米柱np2进行图案化来形成本实施例的分色透镜阵列132的结构，而无需对第一透镜层le1和第二透镜层层le2进行划分工艺。将参考图14a至图14c详细描述其制造方法。
156.图12是根据另一示例实施例的图像传感器的像素阵列的截面图。
157.在图12的像素阵列1103中设置的分色透镜阵列133中，第一透镜层le1是窄cd层，并且第二透镜层le2是宽cd层。换言之，第一透镜层le1包括具有小于参考尺寸wc的宽度d1的第一纳米柱np1和具有等于或大于参考尺寸wc的宽度d1的第一纳米柱np1，并且第二透镜层le2中包括的第二纳米柱np2的宽度d2都等于或大于参考尺寸wc。
158.第一透镜层le1的一些第一纳米柱np1和第二透镜层le2的一些第二纳米柱np2可以在竖直方向上直接接触并彼此连接。在竖直方向上直接彼此连接的第二纳米柱np2的宽度d2和第一纳米柱np1的宽度d1可以相同，并且如上面参考图11所述，等于或大于参考宽度wt。参考宽度wt可以大于参考尺寸wc，或者参考宽度wt与参考尺寸wc之间的差可以足够大，例如为50nm或更大。例如，在竖直方向上彼此直接连接的第二纳米柱np2的宽度d2和第一纳米柱np1的宽度d1可以为100nm或更大、150nm或更大、200nm或更大、250nm或更大、或300nm或更大。
159.在第一纳米柱np1中，具有等于或大于参考尺寸wc的宽度d1的一些第一纳米柱np1可以接触并连接到第二透镜层le2的第二纳米柱np2。在第一纳米柱np1中，并非所有具有等于或大于参考尺寸wc的宽度d1的第一纳米柱np1都可以连接到第二透镜层le2的第二纳米柱np2。换言之，在第一纳米柱np1中，具有等于或大于参考尺寸wc的宽度d1的一些其他第一纳米柱np1可以不连接到第二透镜层le2的第二纳米柱np2。
160.尽管图12示出了布置在第二透镜层le2中的所有第二纳米柱np2都连接到第一透镜层le1的第一纳米柱np1，但这仅是示例，并且本公开不限于此。可以在第二透镜层le2中设置不连接到第一纳米柱np1的第二纳米柱np2。
161.在该示例实施例中，具有小于参考尺寸wc的宽度的第一纳米柱np1仅设置在第一透镜层le1中，该第一透镜层le1是窄cd层，并且通过一次图案化形成具有相对较大宽度的一些第一纳米柱np1和第二纳米柱np2，而无需对第一透镜层le1和第二透镜层le2进行划分工艺。因此，第一透镜层le1和第二透镜层le2之间没有蚀刻停止层。
162.可以考虑要蚀刻的材料的蚀刻速率来确定第一蚀刻停止层es3的厚度。蚀刻速率与要蚀刻的材料的量(即要蚀刻的材料区域的厚度和宽度)相关。在本实施例中，由于要蚀刻的材料区域的厚度大于h1+h2并且要蚀刻的材料区域的宽度大于参考尺寸wc，因此第一蚀刻停止层es3的厚度可以例如略大于上述分色透镜阵列130或131的第一蚀刻停止层es1。第一蚀刻停止层es3可以具有约3nm至约30nm的厚度、10nm或更大的厚度、或20nm或更大的
厚度。
163.通过一次图案化将具有相对较大宽度的一些第一纳米柱np1和第二纳米柱np2进行图案化来形成本实施例的分色透镜阵列132的结构，而无需对第一透镜层le1和第二透镜层层le2进行划分工艺。将参考图15a至图15f详细描述其制造方法。
164.在下文中，将描述制造上述图像传感器像素阵列1100、1101、1102和1103的方法。
165.图13a至图13f是用于描述根据示例实施例的制造图像传感器的方法的图。
166.参考图13a，间隔物层120、第一蚀刻停止层es1和第一材料层lm1形成在传感器衬底110上。
167.滤色器阵列170可以形成在传感器衬底110与间隔物层120之间，但可以省略滤色器阵列170。
168.根据示例实施例，构成上面参考图4a和图4b描述的第一围绕材料层e1的材料可以用于第一材料层lm1。第一材料层lm1的厚度h1
′
设置为对应于要形成的第一纳米柱np1的高度h1。考虑到稍后可以执行的cmp工艺，高度h1
′
可以与高度h1相同或者可以大于高度h1。
169.第一蚀刻停止层es1可以包括蚀刻选择性大于第一材料层lm1的蚀刻选择性的材料。在图案化第一材料层lm1的工艺期间，第一蚀刻停止层es1可以在蚀刻工艺期间保护间隔物层120。第一蚀刻停止层es1可以包括hfo2，并且可以具有从约3nm至约30nm的厚度。
170.接下来，如图13b所示，通过光刻工艺将第一材料层lm1图案化为第一图案pa1。根据第一图案pa1在第一材料层lm1中形成的多个孔ho的宽度对应于要形成的第一纳米柱np1的宽度。
171.接下来，如图13c所示，通过用折射率与第一材料层lm1的折射率不同的材料填充多个孔ho来形成包括多个第一纳米柱np1的第一透镜层le1。在该操作中，构成第一纳米柱np1的材料可以填充孔ho并沉积到第一材料层lm1的上部区域。可以通过cmp工艺去除沉积在第一材料层lm1上的部分材料，并且可以形成具有高度h1的第一透镜层le1。
172.接下来，如图13d所示，第二蚀刻停止层es2和第二材料层lm2顺序形成在第一透镜层le1上。构成上面参考图4a和图4b描述的第二围绕材料层e2的材料可以用于第二材料层lm2。第二材料层lm2可以包括与第一材料层lm1相同的材料，但本公开不限于此。第二材料层lm2的厚度h2
′
设置为对应于要形成的第二纳米柱np2的高度h2。考虑到稍后可以执行的cmp工艺，高度h2
′
可以与高度h2相同或者可以大于高度h2。
173.接下来，如图13e所示，将第二材料层lm2图案化为第二图案pa2以形成多个孔ho。
174.接下来，如图13f所示，通过用折射率与第二材料层lm2的折射率不同的材料填充多个孔ho来形成包括多个第二纳米柱np2的第二透镜层le2。在该操作中，构成第二纳米柱np2的材料可以填充孔h0并沉积到第二材料层lm2的上部区域。可以通过cmp工艺去除沉积在第二材料层lm2上的部分材料，并且可以形成具有高度h2的第一透镜层le2。
175.根据示例实施例，还可以执行在分色透镜阵列130上形成用于保护分色透镜阵列130的保护层的工艺。保护层可以包括用作抗反射层的材料。抗反射层可以具有其中一个层或多个层堆叠的结构。例如，抗反射层可以包括：一个层，其包括与构成第二透镜层le2的材料不同的材料；或者多个材料层，具有彼此不同的折射率。
176.在这方面，可以制作类似于图4a所示的包括分色透镜阵列130的图像传感器像素阵列1100。
177.当上述操作被修改为将第一材料层lm1图案化为第二图案pa2并将第二材料层lm2图案化为第一图案pa1时，如图11所示，可以制作包括分色透镜阵列131的图像传感器像素阵列1101，在该分色透镜阵列131中，第一透镜层le1是宽cd层并且第二透镜层le2是窄cd层。
178.图14a至图14c是用于描述根据另一示例实施例的制造图像传感器的方法的图。
179.首先，如图14a所示，在传感器衬底110上，顺序形成间隔物层120、第一蚀刻停止层es3、第一材料层lm1、第二蚀刻停止层es4和第二材料层lm2。
180.第一材料层lm1的厚度h1可以设置为对应于要制造的第一纳米柱np1的高度。第二材料层lm2的厚度h2
′
设置为对应于要形成的第二纳米柱np2的高度h2。考虑到稍后可以执行的cmp工艺，高度h2
′
可以与高度h2相同或者可以大于高度h2。
181.可以考虑图14b的下一个操作的工艺条件来确定第一材料层lm1的厚度h1和第二材料层lm2的厚度h2’。第一材料层lm1的厚度h1可以小于第二材料层lm2的厚度h2
′
，以便于实现通过蚀刻第一材料层lm1和第二材料层lm2来同时形成窄且浅的孔和宽且深的孔的工艺。然而，本公开不限于此，并且，在可以进行上述工艺的范围内，第一材料层lm1的厚度h1和第二材料层lm2的厚度h2
′
可以等于或大于上述厚度。
182.第一蚀刻停止层es3可以包括蚀刻选择性大于第一材料层lm1的蚀刻选择性的材料，并且可以在图案化第一材料层lm1的蚀刻工艺中保护间隔物层120。可以考虑要蚀刻的材料的蚀刻速率来确定第一蚀刻停止层es3的厚度，并且蚀刻速率与要蚀刻的材料的量相关。在本实施例的方法中，由于第一蚀刻停止层es3在同时将第一材料层lm1和第二材料层lm2蚀刻至宽度等于或大于参考尺寸wc的工艺中用作蚀刻停止，因此，在图13a的方法中，第一蚀刻停止层es3可以略厚于第一蚀刻停止层es1。第一蚀刻停止层es3可以具有约3nm至约30nm的厚度、10nm或更大的厚度、或20nm或更大的厚度。
183.第二蚀刻停止层es4可以包括蚀刻选择性高于第二材料层lm2的蚀刻选择性的材料。在本实施例的方法中，由于第二蚀刻停止层es4仅作为要形成的第二纳米柱np2中的具有相对较小宽度的第二纳米柱np2的蚀刻停止，因此第二蚀刻停止层es4的厚度可以略小。例如，第二蚀刻停止层es4可以形成为厚度小于参考图13d所描述的第二蚀刻停止层es2的厚度。第二蚀刻停止层es4可以具有从约3nm至约30nm的厚度、20nm或更小的厚度、或10nm或更小的厚度。
184.参考图14b，通过将第一材料层lm1、第二蚀刻停止层es4和第二材料层lm2的堆叠结构图案化为第三图案pa3来形成多个孔ho。
185.如图14b所示，多个孔ho具有两种深度。在多个孔ho中，通过蚀刻第二材料层lm2将具有相对较小宽度的孔ho1形成至用于暴露第二蚀刻停止层es4的深度，并且通过蚀刻第二材料层lm2、第二蚀刻停止层es4和第一材料层lm1将具有相对较大宽度的孔ho2形成至用于暴露第一蚀刻停止层es3的深度。例如，孔ho1小于孔ho2。这里，可以参考上述参考宽度wt来确定宽度标准，通过该宽度标准不同地确定蚀刻深度。换言之，具有等于或大于参考宽度wt的宽度的孔ho2可以形成为具有大深度，而具有小于或等于参考宽度wt的宽度的孔ho1可以形成为具有小深度。
186.将具有小于参考尺寸wc的宽度的孔ho1形成至深度h2
′
以暴露第二蚀刻停止层es4。在具有等于或大于参考尺寸wc的宽度的孔ho中，可以将具有小于参考宽度wt的宽度的
孔ho1形成至深度h2
′
以暴露第二蚀刻停止层es4。
187.将具有等于或大于参考宽度wt的宽度的孔ho2形成至暴露第一蚀刻停止层es3的深度。参考宽度wt可以大于参考尺寸wc，或者参考宽度wt和参考尺寸wc之间的差可以足够大，例如为50nm或更大。如上所述，参考尺寸wc可以等于或大于80nm并且小于或等于100nm。同时贯穿第一材料层lm1和第二材料层lm2的孔ho的宽度可以充分大于参考尺寸wc，例如为100nm或更大、150nm或更大、200nm或更大、250nm或更大、或300nm或更大。
188.可以确定用于确定所示出的孔ho的深度的宽度标准，使得可以通过一次光刻工艺来形成具有两种深度的孔ho。由于蚀刻速率随着要蚀刻的材料的量的增加而增加，因此通过一次蚀刻工艺，具有相对较小宽度的孔ho1可以形成至小深度，而具有相对较大宽度的孔可以形成至大深度。
189.接下来，参考图14c，用折射率不同于第一材料层lm1和第二材料层lm2的折射率的材料填充多个孔ho，从而形成包括第一纳米柱np1的第一透镜层le1以及包括第二纳米柱np2的第二透镜层le2。在该操作中，构成第一纳米柱np1和第二纳米柱np2的材料可以填充孔ho并沉积到第二材料层lm2的上部区域。可以通过cmp工艺去除沉积在第二材料层lm2上的部分材料，并且可以形成具有高度h2的第二透镜层le2。
190.在这方面，可以制作类似于图11所示的包括分色透镜阵列132的图像传感器像素阵列1102。
191.图15a至图15f是用于描述根据另一示例实施例的制造图像传感器的方法的图。
192.参考图15a，间隔物层120、第一蚀刻停止层es3和第一材料层lm1形成在传感器衬底110上。
193.第一材料层lm1的厚度h1
′
设置为对应于要形成的第一纳米柱np1的高度h1。考虑到稍后可以执行的cmp工艺，高度h1
′
可以与高度h1相同或者可以大于高度h1。
194.可以考虑要蚀刻的材料的蚀刻速率来确定第一蚀刻停止层es3的厚度。在本实施例的方法中，由于第一蚀刻停止层es3在同时蚀刻第一材料层lm1和第二材料层lm2的工艺中用作蚀刻停止，因此第一蚀刻停止层es3可以略厚于第一蚀刻停止层es1，如图14a的方法中的第一蚀刻停止层es3。第一蚀刻停止层es3可以具有约3nm至约30nm的厚度、10nm或更大的厚度、或20nm或更大的厚度。
195.参考图15b，将第一材料层lm1图案化为第四图案pa4以形成多个孔ho。第四图案pa4是用于形成具有相对较小宽度的纳米柱的图案。换言之，根据第四图案pa4形成的多个孔ho的宽度都小于参考宽度wt。换言之，根据第四图案pa4形成的多个孔ho包括宽度小于参考尺寸wc的孔ho，并且还可以包括宽度等于或大于参考尺寸wc且小于参考宽度wt的孔ho。
196.接下来，参考图15c，通过用折射率与第一材料层lm1的折射率不同的材料填充多个孔ho来形成第一纳米柱np1。在该操作中，构成第一纳米柱np1的材料可以填充孔ho并沉积到第一材料层lm1的上部区域。可以通过cmp工艺去除沉积在第一材料层lm1上的部分材料，并且第一材料层lm1可以具有高度h1。
197.接下来，参考图15d，第二材料层lm2形成在包括第一纳米柱np1和图案化的第一材料层lm1的结构上方。第二材料层lm2的厚度h2
′
设置为对应于要形成的第二纳米柱np2的高度h2。考虑到稍后可以执行的cmp工艺，高度h2
′
可以与高度h2相同或者可以大于高度h2。
198.如图15e所示，根据第五图案pa5来图案化第一材料层lm1和第二材料层lm2。第五
图案pa5是用于形成宽度等于或大于参考宽度wt的第一纳米柱np1和第二纳米柱np2的图案。根据第五图案pa5形成的所有多个孔ho的宽度等于或大于参考宽度wt。参考宽度wt可以大于参考尺寸wc，或者参考宽度wt和参考尺寸wc之间的差可以足够大，例如为50nm或更大。如上所述，参考尺寸wc可以等于或大于80nm并且小于或等于100nm。换言之，根据第五图案pa5形成的孔ho的宽度可以充分大于参考尺寸wc，例如为100nm或更大、150nm或更大、200nm或更大、250nm或更大、或300nm或更大，并且形成至暴露第一蚀刻停止层es3的深度。
199.接下来，如图15f所示，当用折射率与第二材料层lm2和第一材料层lm1的折射率不同的材料填充多个孔ho时，形成宽度等于或大于预定宽度的第一纳米柱np1和第二纳米柱np2。在该操作中，构成第一纳米柱np1和第二纳米柱np2的材料可以填充孔h0并沉积到第二材料层lm2的上部区域。可以通过cmp工艺去除沉积在第二材料层lm2上的部分材料，并且可以形成具有高度h2的第二透镜层le2。
200.在这方面，可以制作类似于图12所示的包括分色透镜阵列133的图像传感器像素阵列1103。
201.图16是示意性地示出了包括根据示例实施例的图像传感器的电子设备的框图，并且图17是示意性地示出了图16的电子设备中包括的相机模块的框图。
202.图16示出了包括图像传感器1000的电子设备ed01的示例。参考图16，在网络环境ed00中，电子设备ed01可以通过第一网络ed98(例如，短距离无线通信网络)与另一电子设备ed02进行通信，或者可以通过第二网络ed99(例如，长距离无线通信网络)与另一电子设备ed04和/或服务器ed08进行通信。电子设备ed01可通过服务器ed08与电子设备ed04进行通信。电子设备ed01可以包括处理器ed20、存储器ed30、输入设备ed50、声音输出设备ed55、显示设备ed60、音频模块ed70、传感器模块ed76、接口ed77、触觉模块ed79、相机模块ed80、电力管理模块ed88、电池ed89、通信模块ed90、用户识别模块ed96和/或天线模块ed97。在电子设备ed01中，可以省略这些组件中的一些组件(例如，显示设备ed60)或者可以添加其他组件。这些组件中的一些可以被实现为一个集成电路。例如，传感器模块ed76(例如，指纹传感器、虹膜传感器和照度传感器)可以通过嵌入在显示设备ed60(例如，显示器)中来实现。
203.处理器ed20可以执行软件(例如，程序ed40)以控制电子设备ed01的与处理器ed20连接的一个或多个其他组件(硬件组件、软件组件等)或执行各种数据处理或操作。作为数据处理或操作的一部分，处理器ed20可以将从其他组件(例如，传感器模块ed76和通信模块ed90)接收的命令和/或数据加载到易失性存储器ed32中，处理存储在易失性存储器ed32中的命令和/或数据，以及将结果数据存储在非易失性存储器ed34中。处理器ed20包括主处理器ed21(例如，中央处理单元和应用处理器)和协处理器ed23(例如，图形处理单元、图像信号处理器、传感器集线器处理器和通信处理器)，其可以独立操作或与主处理器ed21一起操作。协处理器ed23可以使用比主处理器ed21更少的功率并且可以执行专门的功能。
204.协处理器ed23可以在主处理器ed21处于非活动状态(睡眠状态)时代替主处理器ed21，或者在主处理器ed21处于活动状态(应用程序执行状态)时与处理器ed21一起，控制与电子设备ed01中的一些组件(例如，显示设备ed60、传感器模块ed76、通信模块ed90)有关的功能和/或状态。协处理器ed23(例如，图像信号处理器和通信处理器)可以被实现为其他功能相关组件(例如，相机模块ed80和通信模块ed90)的一部分。
205.存储器ed30可以存储电子设备ed01的组件(例如，处理器ed20和传感器模块ed76)
所需的各种数据。数据可以包括例如用于软件(例如，程序ed40)的输入数据和/或输出数据以及与其相关的指令。存储器ed30可以包括易失性存储器ed32和/或非易失性存储器ed34。
206.程序ed40可以作为软件存储在存储器ed30中并且可以包括操作系统ed42、中间件ed44和/或应用程序ed46。
207.输入设备ed50可以从电子设备ed01的外部(例如，用户)接收要由电子设备ed01的组件(例如，处理器ed20)使用的命令和/或数据。输入设备ed50可以包括麦克风、鼠标、键盘和/或数字笔(例如，手写笔)。
208.声音输出设备ed55可以向电子设备ed01的外部输出声音信号。声音输出设备ed55可以包括扬声器和/或听筒。扬声器可以用于诸如多媒体播放或录音播放之类的一般目的，并且听筒可以用于接收来电。听筒可以集成为扬声器的一部分，或者可以实现为独立的单独设备。
209.显示设备ed60可以可视地向电子设备ed01的外部提供信息。显示设备ed60可以包括显示器、全息设备或投影仪、以及用于控制对应设备的控制电路。显示设备ed60可以包括被配置为感测触摸的触摸电路和/或被配置为测量由触摸产生的力的强度的传感器电路(例如，压力传感器)。
210.音频模块ed70可以将声音转换为电信号或将电信号转换为声音。音频模块ed70可以通过输入设备ed50获得声音，或者通过声音输出设备ed55、和/或直接或无线连接到电子设备ed01的另一电子设备(例如，电子设备ed02)的扬声器和/或耳机输出声音。
211.传感器模块ed76可以检测电子设备ed01的操作状态(例如，功率和温度)或周围环境状态(例如，用户状态)，并产生与感测状态相对应的电信号和/或数据值。传感器模块ed76可以包括手势传感器、陀螺仪传感器、气压传感器、磁性传感器、加速度传感器、握持传感器、接近传感器、颜色传感器、红外线(ir)传感器、生物特征传感器、温度传感器、湿度传感器和/或照度传感器。
212.接口ed77可以支持一个或多个指定协议，这些协议可以用于将电子设备ed01直接或无线地连接到另一电子设备(例如，电子设备ed02)。接口ed77可以包括高清晰度多媒体接口(hdmi)、通用串行总线(usb)接口、sd卡接口和/或音频接口。
213.连接端子ed78可以包括连接器，通过该连接器电子设备ed01可以物理连接到另一电子设备(例如，电子设备ed02)。连接端子ed78可以包括hdmi连接器、usb连接器、sd卡连接器和/或音频连接器(例如，耳机连接器)。
214.触觉模块ed79可以将电信号转换为用户可以通过触觉或动觉感知的机械刺激(例如，振动和运动)或电刺激。触觉模块ed79可以包括马达、压电元件和/或电刺激设备。
215.相机模块ed80可以捕捉静止图像和运动图片。相机模块ed80可以包括具有一个或多个透镜的透镜组件、图1的图像传感器1000、图像信号处理器和/或闪光灯。相机模块ed80中包括的透镜组件可以收集从对象发射的光，该对象是要捕捉图像的目标。
216.电力管理模块ed88可以管理供应给电子设备ed01的电力。电力管理模块ed88可以实现为电力管理集成电路(pmic)的一部分。
217.电池ed89可以向电子设备ed01的组件供电。电池ed89可以包括不可充电的原电池、可充电的二次电池和/或燃料电池。
218.通信模块ed90可以在电子设备ed01与其他电子设备(例如，电子设备ed02、电子设
备ed04和服务器ed08)之间建立直接(有线)通信信道和/或无线通信信道，并支持通过所建立的通信信道进行通信。通信模块ed90可以包括独立于处理器ed20(例如，应用处理器)操作并且支持直接通信和/或无线通信的一个或多个通信处理器。通信模块ed90可以包括无线通信模块ed92(例如，蜂窝通信模块、短距离无线通信模块和全球导航卫星系统(gnss)通信模块)和/或有线通信模块ed94(例如，局域网(lan)通信模块和电力线通信模块)。在这些通信模块中，对应的通信模块可以通过第一网络ed98(短距离通信网络，如蓝牙、wifi直连或红外数据协会(irda))或第二网络ed99(例如，蜂窝网络、互联网或计算机网络(例如，lan和wan))与另一电子设备进行通信。这些各种类型的通信模块可以集成为一个组件(例如，单个芯片)或实现为彼此分离的多个组件(多个芯片)。无线通信模块ed92可以通过使用用户识别模块ed96中存储的用户信息(例如，国际移动用户身份(imsi))在通信网络(如第一网络ed98和/或第二网络ed99)内确认和认证电子设备ed01。
219.天线模块ed97可以向外部(例如，其他电子设备)发送或从其接收信号和/或电力。天线可以包括具有形成在衬底(例如，pcb)上的导电图案的辐射器。天线模块ed97可以包括一个或多个天线。当天线模块ed97包括多个天线时，通信模块ed90可以从多个天线中选择适合在诸如第一网络ed98和/或第二网络ed99的通信网络中使用的通信方法的天线。可以通过所选择的天线在通信模块ed90和另一个电子设备之间发射和接收信号和/或功率。除了天线之外，其他组件(例如，rfic)也可以被包括作为天线模块ed97的一部分。
220.组件中的一些可以通过外围设备(例如，总线、通用输入和输出(gpio)、串行外围接口(spi)和移动行业处理器接口(mipi))之间的通信方法彼此连接并彼此交换信号(例如，命令和数据)。
221.可以通过与第二网络ed99连接的服务器ed08在电子设备ed01和外部电子设备ed04之间发送或接收命令或数据。其他电子设备ed02和ed04可以是类型与电子设备ed01的类型相同或不同的电子设备。可以在其他电子设备ed02、ed04和ed08中的一个或多个电子设备中执行在电子设备ed01中所执行的所有或一些操作。例如，当电子设备ed01需要执行功能或服务时，电子设备ed01可以请求一个或多个其他电子设备以执行功能或服务的部分或全部，而不是由其自己执行该功能或服务。接收到该请求的一个或多个其他电子设备可以执行与该请求相关的附加功能或服务，并将执行的结果发送到电子设备ed01。为此，可以使用云计算、分布式计算和/或客户端-服务器计算技术。
222.参考图17，相机模块ed80可以包括透镜组件1110、闪光灯1120、图像传感器1000(例如，图1的图像传感器1000)、图像稳定器1140、存储器1150(例如，缓冲存储器)和/或图像信号处理器1160。透镜组件1110可以收集从对象发射的光，该对象是要捕捉图像的目标。相机模块ed80可以包括多个透镜组件1110。在这种情况下，相机模块ed80可以是双相机、360度相机或球面相机。多个镜头组件1110中的一些可具有相同的镜头属性(视角、焦距、自动对焦、f数、光学变焦等)或可以具有不同的镜头属性。透镜组件1110可以包括广角透镜或远摄透镜。
223.闪光灯1120可以发射用于增强由对象发射或反射的光的光。闪光灯1120可以包括一个或多个发光二极管(例如，红-绿-蓝(rgb)led、白光led、红外led和紫外led)和/或氙灯。
224.图像传感器1000可以是参考图1所描述的图像传感器，并且可以包括上述示例实
施例的像素阵列1100、1101、1102和1103中的任一个。可以根据参考图13a至图13f、图14a至图14c、或图15a至图15f所描述的制造方法来制造图像传感器。图像传感器1000可以通过将由对象发射或反射并通过镜头组件1110传输的光转换成电信号来获得与对象相对应的图像。图像传感器1000可以包括从具有不同特性的图像传感器(例如，rgb传感器、黑白(bw)传感器、ir传感器或uv传感器)中选择的一个或多个传感器。图像传感器1000中包括的每个传感器可以被实现为电荷耦合器件(ccd)传感器和/或互补金属氧化物半导体(cmos)传感器。
225.图像稳定器1140可以响应于相机模块ed80或电子设备ed01的移动，通过在特定方向上移动透镜组件1110中包括的一个或多个透镜或图像传感器1000、或者控制图像传感器1000的操作特性(例如，读出定时的调整)来补偿由于相机模块ed80或包括相机ed80的电子设备ed01的移动而产生的负面影响。图像稳定器1140可以通过使用设置在相机模块ed80内部或外部的陀螺仪传感器或加速度传感器来检测相机模块ed80或电子设备ed01的移动。可以光学地实现图像稳定器1140。
226.存储器1150可以存储通过图像传感器1000获得的图像的部分或所有数据，以用于后续的图像处理操作。例如，当高速获得多个图像时，存储器1150可以用于将所获得的原始数据(例如，拜耳图案数据和高分辨率数据)存储在存储器1150中，仅显示低分辨率图像，并且将所选择的图像(例如，由用户选择的图像)的原始数据发送到图像信号处理器1160。存储器1150可以集成到电子设备ed01的存储器ed30中，或者可以被配置为独立操作的单独存储器。
227.图像信号处理器1160可以对通过图像传感器1000获得的图像或存储器1150中存储的图像数据执行图像处理。图像处理可以包括深度图生成、3d建模、全景生成、特征点提取、图像合成和/或图像补偿(降噪、分辨率调整、亮度调整、模糊、锐化和柔化)。图像信号处理器1160可以对相机模块ed80中包括的组件(例如，图像传感器1000)执行控制(例如，曝光时间控制和读出定时控制)。可以将由图像信号处理器1160处理的图像存储回存储器1150中以用于进一步处理、或提供给相机模块ed80的外部组件(例如，存储器ed30、显示设备ed60、电子设备ed02、电子设备ed04和服务器ed08)。图像信号处理器1160可以被集成到处理器ed20中，或被配置为独立于处理器ed20操作的单独处理器。当图像信号处理器1160被配置为与处理器ed20分离的处理器时，由图像信号处理器1160处理的图像可以在由处理器ed20进行的附加图像处理之后显示在显示设备ed60上。
228.电子设备ed01可包括具有不同特性或功能的多个相机模块ed80。在这种情况下，多个相机模块ed80中的一个可以是广角相机，而另一个可以是远摄相机。类似地，多个相机模块ed80中的一个可以是前置相机，而另一个可以是后置相机。
229.根据示例实施例的图像传感器1000可以应用于移动电话或智能电话、平板计算机或智能平板计算机、数字相机或数字摄像机、膝上型计算机、电视机或智能电视等。例如，智能电话或智能平板计算机可以包括多个高分辨率相机，每个高分辨率相机配备有高分辨率图像传感器。通过使用高分辨率相机，可以提取关于图像中的目标对象的深度信息，可以调整图像的选择性聚焦，或者可以自动识别图像中的目标对象。
230.此外，图像传感器1000可以应用于智能冰箱、安全相机、机器人、医疗相机等。例如，智能冰箱可以通过使用图像传感器自动识别其中的食物，并通过智能电话向用户通知如存在特定食物、已经放入或拿走的食物等的信息。安全相机可以提供超高分辨率图像，并
且即使在黑暗环境中也可以使用高灵敏度来识别图像中的物体或人。机器人可以部署到人们不能直接访问并提供高分辨率图像的灾难现场或工业现场。医疗相机可以提供用于诊断或手术的高分辨率图像，并且可以动态地调整视野。
231.此外，图像传感器1000可以应用于车辆。车辆可以包括布置在不同位置处的多个车载相机，并且每个车载相机可以包括根据示例实施例的图像传感器。车辆可以使用多个车载相机向驾驶员提供关于车辆的内部或周围环境的各种信息，并且可以通过自动识别图像中的物体或人来提供自主驾驶所需的信息。
232.尽管参考附图中所示的示例实施例描述了本公开的各方面，但它们仅仅是示例，并且本领域的普通技术人员将理解，可以从中推导出各种修改和其他等效示例实施例。因此，所公开的示例实施例应该被认为是说明性的，而不是限制性的。在权利要求书中而不是在前面的描述中示出本公开的范围，并且在等效范围内的所有差异应解释为包括在该范围内。
233.尽管参考附图中所示的示例实施例描述了本公开的各方面，但它们仅仅是示例，并且本领域的普通技术人员将理解，可以从中推导出各种修改和其他等效示例实施例。因此，所公开的示例实施例应该被认为是说明性的，而不是限制性的。在权利要求书中而不是在前面的描述中示出本公开的范围，并且在等效范围内的所有差异应解释为包括在该范围内。
234.上述图像传感器包括根据波长分离并会聚而不吸收或阻挡入射光的分色透镜阵列，并且可以呈现出高的光效率。
235.在上述图像传感器中，设计了分色透镜阵列以减少在制造工艺中可能出现的关于纳米柱的形状尺寸的工艺缺陷，因此可以提高分色性能。
236.根据上述制造方法，可以制造包括具有高的光效率和优秀分色性能的分色透镜阵列的图像传感器。
237.应当理解，本文所描述的示例实施例应当被认为仅是描述性的，而不是为了限制目的。对每个实施例中的特征或方面的描述应当典型地被看作是可用于其他示例实施例中的其他类似特征或方面。尽管已参考附图描述了一个或多个示例实施例，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的多种改变。

技术特征：
1.一种图像传感器，包括：传感器衬底，包括多个感光单元；透明间隔物层，设置在所述传感器衬底上；以及分色透镜阵列，设置在所述透明间隔物层上，所述分色透镜阵列包括多个纳米柱，所述多个纳米柱被配置为根据入射光的入射位置来改变入射光的相位，并且所述多个纳米柱布置在多个层中，其中，所述多个纳米柱中的第一纳米柱设置在窄临界尺寸即窄cd层中，并且所述多个纳米柱中的第二纳米柱设置在宽临界尺寸即宽cd层中，其中，所述第一纳米柱包括具有小于参考宽度的宽度的一个或多个第三纳米柱、以及具有大于或等于所述参考宽度的宽度的一个或多个第四纳米柱，其中，所述第二纳米柱具有大于或等于所述参考宽度的宽度，以及其中，所述参考宽度大于或等于80nm并且小于或等于200nm。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，布置在所述窄cd层中的第一纳米柱的宽度中的最小宽度为50nm或更大。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，布置在所述宽cd层中的第二纳米柱的宽度中的最小宽度为100nm或更大。4.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括设置在所述透明间隔物层与所述分色透镜阵列之间的第一蚀刻停止层。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述宽cd层被设置为比所述窄cd层更靠近所述透明间隔物层。6.根据权利要求5所述的图像传感器，还包括设置在所述宽cd层与所述窄cd层之间的第二蚀刻停止层。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述第二蚀刻停止层被图案化为在所述窄cd层中设置的纳米柱之中仅与具有小于所述参考宽度的宽度的纳米柱接触。8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述窄cd层中的所述一个或多个第四纳米柱在竖直方向上直接连接到所述宽cd层中的第二纳米柱。9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，在所述竖直方向上与所述第二纳米柱连接的所述一个或多个第四纳米柱的宽度为100nm或更大。10.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，所述宽cd层的第二纳米柱的第一高度低于所述窄cd层的第一纳米柱的第二高度。11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述宽cd层的第二纳米柱的第一高度为400nm或更小。12.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述窄cd层被设置为比所述宽cd层更靠近所述透明间隔物层。13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述窄cd层中的所述一个或多个第四纳米柱在竖直方向上直接连接到所述宽cd层中的第二纳米柱。14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，在所述窄cd层与所述宽cd层之间不设置蚀刻停止层。15.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述分色透镜阵列被配置为从入射光中
分离出第一波长的光和第二波长的光，并且将所述第一波长的光会聚到所述多个感光单元的第一像素并将所述第二波长的光会聚到所述多个感光单元的第二像素。16.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括设置在所述透明间隔物层与所述传感器衬底之间的滤色器阵列。17.一种电子设备，包括：图像传感器，被配置为将光学图像转换为电信号；以及处理器，被配置为控制所述图像传感器的操作并处理由所述图像传感器产生的电信号，其中，所述图像传感器包括：传感器衬底，包括多个感光单元；透明间隔物层，设置在所述传感器衬底上；以及分色透镜阵列，设置在所述透明间隔物层上，所述分色透镜阵列包括多个纳米柱，所述多个纳米柱被配置为根据入射光的入射位置来改变入射光的相位，并且所述多个纳米柱布置在多个层中，其中，所述多个纳米柱中的第一纳米柱设置在窄临界尺寸即窄cd层中，并且所述多个纳米柱中的第二纳米柱设置在宽临界尺寸即宽cd层中，其中，所述第一纳米柱包括具有小于参考宽度的宽度的第三纳米柱、以及具有大于或等于所述参考宽度的宽度的第四纳米柱，其中，所述第二纳米柱具有大于或等于所述参考宽度的宽度，以及其中，所述参考宽度大于或等于80nm并且小于或等于200nm。

技术总结
公开了一种图像传感器，该图像传感器包括传感器衬底，该传感器衬底包括多个感光单元；透明间隔物层，设置在传感器衬底上；以及分色透镜阵列，设置在间隔物层之上并且包括多个纳米柱，该多个纳米柱被配置为根据入射光的入射位置来改变入射光的相位，其中，多个纳米柱布置在多个层中，其中，在多个纳米柱中，宽度小于wc的纳米柱可以仅布置在多个层中的任一层中。此外，wc可以大于或等于80nm并且小于或等于200nm。因此，可以增加设置在分色透镜阵列中的纳米柱的最小宽度，这有利于制造工艺。这有利于制造工艺。这有利于制造工艺。


技术研发人员：卢淑英 尹鉐皓 李相润
受保护的技术使用者：三星电子株式会社
技术研发日：2023.01.12
技术公布日：2023/7/26