图像传感器的制作方法

图像传感器
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年8月4日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请no.10-2021-0102395的优先权，上述韩国专利申请的公开内容通过引用整体合并于此。
技术领域
3.本公开涉及图像传感器，并且更具体地，涉及图像传感器的微透镜及其形成方法。


背景技术：

4.图像传感器将光学图像转换成电信号。图像传感器可以分类为电荷耦合器件(ccd)型和互补型金属氧化物半导体(cmos)型。cmos型图像传感器或cmos图像传感器(cis)可以包括多个二维排列的像素。像素均包括光电二极管。光电二极管用于将入射光转换成电信号。


技术实现要素：

5.一个或更多个示例实施例提供了一种具有改善的光学性质的图像传感器。
6.根据示例实施例的一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：衬底，所述衬底包括在第一方向上彼此相邻的第一像素域和第二像素域，所述第一像素域包括第一像素，并且所述第二像素域包括第二像素；第一滤色器，所述第一滤色器设置在所述衬底的第一表面上，并与所述第一像素垂直地交叠；第一微透镜，所述第一微透镜设置在所述第一滤色器和每个所述第一像素上；以及第二微透镜，所述第二微透镜设置在所述衬底的所述第一表面上，并与每个所述第二像素的至少一部分垂直地交叠，其中，所述第二微透镜的第二折射率大于所述第一微透镜的第一折射率，其中，所述第一微透镜的最上部分与所述第二微透镜的最上部分之间的水平高度差小于等于所述第一微透镜的最大高度的大约2％。
7.根据示例实施例的一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：衬底，所述衬底包括在第一方向上彼此相邻的第一像素域和第二像素域，所述衬底具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述第一像素域包括第一像素，并且所述第二像素域包括第二像素；第一滤色器，所述第一滤色器设置在所述衬底的所述第一表面上，并与所述第一像素域垂直地交叠；第一微透镜，所述第一微透镜设置在所述第一滤色器和所述第一像素域的所述第一像素上；以及第二微透镜，所述第二微透镜设置在所述衬底的所述第一表面上，并与所述第二像素域的每个所述第二像素的至少一部分垂直地交叠，其中，所述第二微透镜的第二宽度大于每个所述第一微透镜的第一宽度，并且所述第二微透镜的第二折射率大于每个所述第一微透镜的第一折射率，其中，所述第二微透镜包括：透镜部分，所述透镜部分具有弯曲的顶表面；以及平坦部分，所述平坦部分位于所述透镜部分和所述衬底的所述第一表面之间，其中，所述平坦部分的底表面与所述第一滤色器的底表面基本共面。
8.根据示例实施例的一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：衬底，
所述衬底具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述衬底包括在第一方向上彼此相邻的第一像素域和第二像素域，所述第一像素域包括第一像素，并且所述第二像素域包括第二像素；像素分隔图案，所述像素分隔图案设置在所述衬底中，并将所述第一像素与所述第二像素分开；光电转换区域，所述光电转换区域位于所述第一像素域和所述第二像素域中的每一者中；杂质区域和浮置扩散区域，所述杂质区域和所述浮置扩散区域位于所述第一像素域和所述第二像素域中的每一者中，并与所述衬底的所述第一表面相邻；器件隔离图案，所述器件隔离图案设置在所述杂质区域和所述浮置扩散区域中的一者的一侧，所述像素分隔图案穿透所述器件隔离图案；栅电极，所述栅电极设置在所述衬底的所述第一表面上；栅极电介质图案，所述栅极电介质图案设置在所述栅电极和所述衬底之间；栅极间隔物，所述栅极间隔物设置在所述栅电极的侧壁上；布线层，所述布线层设置在所述衬底的所述第二表面上，所述布线层包括电介质层和位于所述电介质层中的布线线路；背面电介质层，所述背面电介质层位于所述衬底的所述第二表面上；第一滤色器，所述第一滤色器设置在所述背面电介质层上，并与所述第一像素域垂直地交叠；第一微透镜，所述第一微透镜设置在所述第一滤色器上并设置在每个所述第一像素上；第二微透镜，所述第二微透镜设置在所述背面电介质层上，并与每个所述第二像素的至少一部分垂直地交叠，其中，所述第二微透镜的第二折射率大于所述第一微透镜的第一折射率，其中，所述第一微透镜的最上部分与所述第二微透镜的最上部分之间的水平高度差小于等于所述第一微透镜的最大高度的大约2％。
附图说明
9.根据以下结合附图进行的描述，本公开的某些示例实施例的以上和其他方面、特征及优点将更清楚，在附图中：
10.图1示出了显示出根据示例实施例的图像传感器的电路图；
11.图2示出了显示出根据示例实施例的图像传感器的俯视图；
12.图3示出了沿着图2的线a-a'截取的截面图；
13.图4示出了显示出图2中的部分m的放大俯视图；
14.图5a和图5b示出了分别沿着图4的线a-a'和线b-b'截取的截面图；
15.图6a、图6b、图6c、图6d和图6e示出了沿着图4的线a-a'截取的截面图，以显示出根据示例实施例的制造图像传感器的方法；
16.图7a、图7b和图7c示出了沿着图4的线a-a'截取的截面图，以显示出根据示例实施例的图像传感器；
17.图8示出了显示出图2中的部分m的放大俯视图；
18.图9示出了显示出图2中的部分m的放大俯视图；
19.图10示出了显示出根据示例实施例的图像传感器的俯视图。
具体实施方式
20.图1示出了显示出根据示例实施例的图像传感器的电路图。
21.参照图1，图像传感器的单位像素可以包括光电二极管pd1、pd2、pd3和pd4、转移晶体管tx、源极跟随器晶体管sx、复位晶体管rx和选择晶体管ax。转移晶体管tx、源极跟随器
晶体管sx、复位晶体管rx和选择晶体管ax可以分别包括转移栅极tg1、tg2、tg3和tg4、源极跟随器栅极sf、复位栅极rg和选择栅极sel。
22.光电二极管pd1、pd2、pd3和pd4均可以是包括n型杂质区域和p型杂质区域的光电二极管。浮置扩散区域fd可以用作转移晶体管tx的漏极。浮置扩散区域fd可以用作复位晶体管rx的源极。浮置扩散区域fd可以电连接到复位栅极rg。源极跟随器晶体管sx可以连接到选择晶体管ax。
23.下面将参考图1说明图像传感器的操作。首先，在遮光状态下，可以将电源电压vdd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可以导通，以释放保留在浮置扩散区域fd上的电荷。此后，当复位晶体管rx断开并且外部光入射到光电二极管pd1、pd2、pd3和pd4上时，可以从光电二极管pd1、pd2、pd3和pd4生成电子-空穴对。空穴可以转移到光电二极管pd1、pd2、pd3和pd4的p型杂质区域并累积在其上，并且电子可以转移到光电二极管pd1、pd2、pd3和pd4的n型杂质区域并累积在其上。当转移晶体管tx导通时，诸如电子和空穴的电荷可以转移到浮置扩散区域fd并累积在其上。源极跟随器晶体管sx的栅极偏压可以与所累积的电荷的量成比例地变化，并且这可能引起源极跟随器晶体管sx的源极电势的变化。在这种情况下，当选择晶体管ax导通时，电荷可以作为通过列线传输的信号读出。
24.布线线路可以电连接到从转移栅极tg1至tg4、源极跟随器栅极sf、复位栅极rg和选择栅极sel中选择的至少一者。布线线路可以被配置为将电源电压vdd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。布线线路可以包括连接到选择晶体管ax的列线。下面将讨论布线线路。
25.作为示例，图1示出了其中光电二极管pd1、pd2、pd3和pd4连接到一个浮置扩散区域fd的结构，但实施例不限于此。例如，单个单位像素可以包括光电二极管pd1、pd2、pd3和pd4之一、浮置扩散区域fd、一个转移晶体管tx、复位晶体管rx、源极跟随器晶体管sx和选择晶体管ax。邻近的单位像素可以共享从复位晶体管rx、源极跟随器晶体管sx和选择晶体管ax中选择的至少一者。因此，图像传感器的集成度可以增加。
26.图2示出了显示出根据示例实施例的图像传感器的俯视图。图3示出了沿着图2的线a-a'截取的截面图。
27.参照图2和图3，图像传感器可以包括传感器芯片1000和电路芯片2000。传感器芯片1000可以包括光电转换层10、第一布线层20和光学传输层30。光电转换层10可以包括第一衬底100、像素分隔图案150、器件隔离图案103和设置在第一衬底100中的光电转换区域110。光电转换区域110可以将外部入射光转换成电信号。
28.参照图2，当在俯视图中观察时，第一衬底100可以包括像素阵列区域ar、光学黑色区域ob和焊盘区域pad。当在俯视图中观察时，像素阵列区域ar可以设置在第一衬底100的中心部分上。像素阵列区域ar可以包括多个单位像素px。单位像素px可以输出从入射光转换的光电信号。单位像素px可以以列和行二维地布置。列可以平行于第一方向d1。行可以平行于第二方向d2。第一方向d1可以平行于第一衬底100的第一表面100a。第二方向d2可以平行于第一衬底100的第一表面100a，并可以与第一方向d1相交。第三方向d3可以基本垂直于第一衬底100的第一表面100a。
29.焊盘区域pad可以设置在第一衬底100的边缘部分上，并且当在俯视图中观察时，
可以围绕像素阵列区域ar。焊盘区域pad可以包括第二焊盘端子83。第二焊盘端子83可以外部地输出从单位像素px生成的电信号。根据另一示例实施例，外部电信号或电压可以通过第二焊盘端子83转移到单位像素px。由于焊盘区域pad设置在第一衬底100的边缘部分上，所以第二焊盘端子83可以更容易地耦接到外部。
30.光学黑色区域ob可以设置在第一衬底100的像素阵列区域ar和焊盘区域pad之间。当在俯视图中观察时，光学黑色区域ob可以与像素阵列区域ar相邻地设置并围绕像素阵列区域ar。光学黑色区域ob可以包括多个虚设区域112。虚设区域112可以生成用作去除后续处理噪声的信息的信号。下面将参考图4、图5a和图5b进一步详细讨论图像传感器的像素阵列区域ar。
31.图4示出了显示出图2中的部分m的放大俯视图。图5a和图5b示出了分别沿着图4的线a-a'和线b-b'截取的截面图。
32.参照图4、图5a和图5b，图像传感器可以包括光电转换层10、栅电极tg、sf、sel和rg、第一布线层20和光学传输层30。光电转换层10可以包括第一衬底100、像素分隔图案150和器件隔离图案103。
33.第一衬底100可以具有彼此相对的第一表面100a和第二表面110b。第一衬底100可以接收入射到其第二表面100b上的光。第一布线层20可以设置在第一衬底100的第一表面100a上，并且光传输层30可以设置在第一衬底100的第二表面100b上。第一衬底100可以是硅衬底或绝缘体上硅(soi)衬底。半导体衬底可以是例如硅衬底、锗衬底或硅-锗衬底。第一衬底100可以包括第一导电类型的杂质。例如，第一导电类型的杂质可以包括诸如铝(al)、硼(b)、铟(in)和镓(ga)中的一种或更多种的p型杂质。
34.第一衬底100可以包括由像素分隔图案150限定的多个单位像素px。多个单位像素px可以沿着彼此相交的第一方向d1和第二方向d2以矩阵形状布置。第一衬底100可以包括光电转换区域110。光电转换区域110可以设置在第一衬底100中的对应的单位像素px上。光电转换区域110可以执行与图1的光电二极管pd1、pd2、pd3和pd4的功能相似的功能。光电转换区域110可以是第二导电类型的杂质被掺杂到第一衬底100中的区域。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诸如磷、砷、铋和锑中的一种或更多种的n型杂质。例如，光电转换区域110可以与第一衬底100的第二表面100b相邻。光电转换区域110可以被设置为相比于第一表面100a更靠近第二表面100b。根据另一示例实施例，光电转换区域110可以与第一衬底100的第一表面100a相邻。光电转换区域110可以被设置为相比于第二表面100b更靠近第一表面100a。例如，光电转换区域110均可以包括与第一表面100a相邻的第一部分和与第二表面100b相邻的第二部分。光电转换区域110可以在第一部分和第二部分之间具有杂质浓度差异。因此，光电转换区域110可以在第一衬底100的第一表面100a和第二表面100b之间具有电势斜率。根据另一示例实施例，光电转换区域110可以在第一衬底100的第一表面100a和第二表面100b之间没有电势斜率。
35.第一衬底100和光电转换区域110可以构成光电二极管。例如，光电二极管可以由第一导电类型的第一衬底100和第二导电类型的光电转换区域110之间的p-n结构成。构成光电二极管的光电转换区域110可以与入射光的强度成比例地生成光电荷并累积光电荷。
36.第一衬底100可以在其中设置有限定单位像素px的像素分隔图案150。例如，像素
分隔图案150可以设置在第一衬底100的单位像素px之间。当在俯视图中观察时，像素分隔图案150可以具有网格结构。当在俯视图中观察时，像素分隔图案150可以与每个单位像素px相邻地设置并完全围绕每个单位像素px。像素分隔图案150可以设置在第一沟槽tr1中。第一沟槽tr1可以从第一衬底100的第一表面100a凹进。像素分隔图案150可以从第一衬底100的第一表面100a朝向第二表面100b延伸。像素分隔图案150可以是深沟槽隔离(dti)层。像素分隔图案150可以穿透第一衬底100。像素分隔图案150可以具有与第一衬底100的垂直高度基本相同的垂直高度。例如，像素分隔图案150可以具有在从第一衬底100的第一表面100a向第二表面100b的方向上逐渐减小的宽度。
37.像素分隔图案150可以包括第一分隔图案151、第二分隔图案153和覆盖图案155。第一分隔图案151可以沿着第一沟槽tr1的侧壁设置。第一分隔图案151可以包括例如基于硅的电介质材料(例如，氮化硅、氧化硅和/或氮氧化硅)和/或高k电介质材料(例如，氧化铪和/或氧化铝)。根据另一示例实施例，第一分隔图案151可以包括多个层，该多个层可以包括彼此不同的材料。第一分隔图案151的折射率可以小于第一衬底100的折射率。因此，可以防止或减小第一衬底100的单位像素px之间的串扰。
38.第二分隔图案153可以设置在第一分隔图案151中。例如，第二分隔图案153可以具有与第一分隔图案151相邻地设置并被第一分隔图案151围绕的侧壁。第一分隔图案151可以介于第二分隔图案153和第一衬底100之间。第一分隔图案151可以将第二分隔图案153与第一衬底100分隔开。因此，当图像传感器操作时，第二分隔图案153可以与第一衬底100电隔离。第二分隔图案153可以包括诸如多晶硅的结晶半导体材料。例如，第二分隔图案153还可以包括掺杂物，该掺杂物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，第二分隔图案153可以包括掺杂的多晶硅。作为另一示例，第二分隔图案153可以包括未掺杂的结晶半导体材料。例如，第二分隔图案153可以包括未掺杂的多晶硅。术语“未掺杂”可以指示没有有意执行掺杂工艺。掺杂物可以包括n型掺杂物或p型掺杂物。
39.覆盖图案155可以设置在第二分隔图案153的底表面处。覆盖图案155可以与第一衬底100的第一表面100a相邻地设置。覆盖图案155可以具有与第一衬底100的第一表面100a共面的底表面。覆盖图案155可以包括非导电材料。例如，覆盖图案155可以包括电介质材料(例如，氮化硅、氧化硅和/或氮氧化硅)和/或高k电介质材料(例如，氧化铪和/或氧化铝)。因此，像素分隔图案150可以防止从入射到每个单位像素px上的光生成的光电荷漂移到邻近的单位像素px中。例如，像素分隔图案150可以防止单位像素px之间的串扰。
40.器件隔离图案103可以设置在第一衬底100中。例如，器件隔离图案103可以设置在第二沟槽tr2中。第二沟槽tr2可以从第一衬底100的第一表面100a凹进。器件隔离图案103可以是浅沟槽隔离(dti)层。器件隔离图案103可以具有设置在第一衬底100中的底表面。器件隔离图案103可以具有在从第一衬底100的第一表面100a向第二表面100b的方向上逐渐减小的宽度。器件隔离图案103的底表面可以与光电转换区域110垂直地间隔开。像素分隔图案150可以与器件隔离图案103的一部分交叠。器件隔离图案103的至少一部分可以设置在像素分隔图案150的侧壁上并与其接触。可以在器件隔离图案103的侧壁和顶表面以及像素分隔图案150的侧壁上形成阶梯状结构。像素分隔图案150可以穿透器件隔离图案103。器件隔离图案103可以具有比像素分隔图案150的深度小的深度。器件隔离图案103可以包括基于硅的电介质材料。例如，器件隔离图案103可以包括氮化硅、氧化硅和氮氧化硅中的一
种或更多种。再例如，，器件隔离图案103可以包括多个层，该多个层可以包括彼此不同的材料。
41.第一衬底100可以在其第一表面100a上设置有转移晶体管tx、源极跟随器晶体管sx、复位晶体管rx和选择晶体管ax。转移晶体管tx可以电连接到光电转换区域110。转移晶体管tx可以包括转移栅极tg和浮置扩散区域fd。转移栅极tg可以包括设置在第一衬底100的第一表面100a上的第一部分tga以及从第一部分tga延伸到第一衬底100中的第二部分tgb。第一部分tga在第二方向d2上的最大宽度可以大于第二部分tgb在第二方向d2上的最大宽度。栅极电介质图案gi可以介于转移栅极tg和第一衬底100之间。栅极电介质图案gi可以沿着第二部分tgb的顶表面和侧壁延伸。浮置扩散区域fd可以与转移栅极tg的一侧相邻。浮置扩散区域fd可以具有与第一衬底100的导电类型相反的第二导电类型(例如，n型)。
42.栅电极tg、sel、sf和rg可以设置在第一衬底100的第一表面100a上。栅电极tg、sel、sf和rg可以包括转移栅极tg、选择栅极sel、源极跟随器栅极sf和复位栅极rg。栅极电介质图案gi可以介于第一衬底100与转移栅极tg、选择栅极sel、源极跟随器栅极sf和复位栅极rg中的每一者之间。栅极间隔物gs可以设置在栅电极tg、sel、sf和rg中的每一者的侧壁上。栅极间隔物gs可以包括例如氮化硅、碳氮化硅或氮氧化硅。
43.每个单位像素px可以包括设置在第一衬底100中的杂质区域111。杂质区域111可以与第一衬底100的第一表面100a相邻。杂质区域111可以与器件隔离图案103的一侧相邻。浮置扩散区域fd可以设置在转移栅极tg的一侧，并且杂质区域111可以设置在转移栅极tg的另一侧。杂质区域111可以具有与光电转换区域110间隔开的顶表面。杂质区域111可以是掺杂的区域。杂质区域111可以具有例如与第一衬底100的导电类型相同的第一导电类型(例如，p型)。杂质区域111可以是接地区域。
44.第一布线层20可以包括电介质层221、222、223和224、布线线路212和213、通路215、接触ct和栅极接触gct。电介质层221、222、223和224可以包括第一电介质层221、第二电介质层222、第三电介质层223和第四电介质层224。第一电介质层221可以覆盖第一衬底100的第一表面100a。第二电介质层222可以设置在第一电介质层221上。第一电介质层221和第二电介质层222可以设置在第一衬底100的第一表面100a与布线线路212和213之间，由此覆盖栅电极tg、sel、sf和rg。第三电介质层223可以设置在第二电介质层222上，并且第四电介质层224可以设置在第三电介质层223上。第一电介质层221、第二电介质层222、第三电介质层223和第四电介质层224可以包括非导电材料。例如，第一电介质层221、第二电介质层222、第三电介质层223和第四电介质层224可以包括基于硅的电介质材料，诸如氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的一种或更多种。
45.布线线路212和213可以设置在第二电介质层222上。布线线路212和213可以通过栅极接触gct垂直连接到转移晶体管tx、源极跟随器晶体管sx、复位晶体管rx和选择晶体管ax中的多个晶体管。布线线路212和213可以通过接触ct垂直连接到浮置扩散区域fd和杂质区域111。接触ct和栅极接触gct可以穿透第一电介质层221和第二电介质层222。第一布线线路20可以对在光电转换区域110中转换的电信号进行信号处理。布线线路212和213的布置可以不依赖光电转换区域110的布置，并可以进行各种改变。布线线路212和213可以包括第一布线线路212和第二布线线路213。第一布线线路212可以设置在第三电介质层223中。第二布线线路213可以设置在第四电介质层224中。通路215可以设置在第三电介质层223和
第四电介质层224中。通路215可以将第一布线线路212与第二布线线路213彼此电连接。第一布线线路212和第二布线线路213、通路215、接触ct以及栅极接触gct可以包括金属材料。例如，第一布线212和第二布线213、通路215、接触ct以及栅极接触gct可以包括铜(cu)。
46.返回参照图3，图像传感器还可以包括电路芯片2000。电路芯片2000可以堆叠在传感器芯片1000上。电路芯片2000可以包括第二衬底40和第二布线层45。第二布线层45可以介于第一布线层20和第二衬底40之间。
47.在光学黑色区域ob上，第一衬底100可以在其上设置有第一连接结构50、第一焊盘端子81和本体滤色器90。第一连接结构50可以包括第一遮光图案51、第一电介质图案53和第一覆盖图案55。第一遮光图案51可以设置在第一衬底100的第二表面100b上。第一遮光图案51可以覆盖将在下面讨论的位于第二表面100b上的背面电介质层132，并且共形地覆盖第三沟槽tr3和第四沟槽tr4中的每一者的内壁。第一遮光图案51可以穿透光电转换层10、第一布线层20和第二布线层45，并可以将光电转换层10电连接到第一布线层20。例如，第一遮光图案51可以与第一布线层20中的布线线路接触并与光电转换层10中的像素分隔图案150接触。因此，第一连接结构50可以电连接到第一布线层20中的布线线路。第一遮光图案51可以阻挡光入射到光学黑色区域ob上。
48.第三沟槽tr3可以在其中设置有填充第三沟槽tr3的未被占据的部分的第一焊盘端子81。第一焊盘端子81可以包括诸如铝的金属材料。第一焊盘端子81可以连接到像素分隔图案150，更具体地，连接到第二分隔图案153。因此，可以通过第一焊盘端子81向像素分隔图案150施加负电压。
49.第一遮光图案51可以在其上设置有填充第四沟槽tr4的未被占据的部分的第一电介质图案53。第一电介质图案53可以穿透光电转换层10和第一布线层20。第一覆盖图案55可以设置在第一电介质图案53上。第一覆盖图案55可以包括与覆盖图案155的材料相同的材料。
50.本体滤色器90可以设置在第一焊盘端子81、第一遮光图案51和第一覆盖图案55上。本体滤色器90可以覆盖第一焊盘端子81、第一遮光图案51和第一覆盖图案55。第一保护层71可以设置在本体滤色器90上并覆盖本体滤色器90。
51.光电转换区域110'和虚设区域112可以设置在第一衬底100的光学黑色区域ob上。例如，光电转换区域110'可以掺杂具有与第一导电类型不同的第二导电类型(例如，n型)的杂质。光电转换区域110'可以具有与图5a中讨论的光电转换区域110的结构相似的结构，但可以不从入射到其上的光生成电信号。虚设区域112可以不掺杂杂质。光电转换区域110'和虚设区域112可以生成用作去除后续处理噪声的信息的信号。
52.在焊盘区域pad上，第一衬底100可以在其上设置有第二连接结构60、第二焊盘端子83和第二保护层73。第二连接结构60可以包括第二遮光图案61、第二电介质图案63和第二覆盖图案65。
53.第二遮光图案61可以设置在第一衬底100的第二表面100b上。例如，第二遮光图案61可以覆盖将在下面讨论的位于第二表面100b上的背面电介质层132，并可以共形地覆盖第五沟槽tr5和第六沟槽tr6中的每一者的内壁。第二遮光图案61可以穿透光电转换层10以及第一布线层20的一部分。例如，第二遮光图案61可以与第二布线层45中的布线线路231和232接触。第二遮光图案61可以包括诸如钨的金属材料。
54.第二焊盘端子83可以设置在第五沟槽tr5中。第二遮光图案61可以在其上设置有填充第五沟槽tr5的空的部分的第二焊盘端子83。第二焊盘端子83可以包括诸如铝的金属材料。第二焊盘端子83可以用作图像传感器与外部之间的电连接路径。第二电介质图案63可以填充第六沟槽tr6的空的部分。第二电介质图案63可以穿透光电转换层10和第一布线层20。第二覆盖图案65可以设置在第二电介质图案63上。第二覆盖图案65可以包括与覆盖图案155的材料相同的材料。第二保护层73可以覆盖第二覆盖图案65以及第二遮光图案61的一部分。
55.通过第二焊盘端子83施加的电流可以通过第二遮光图案61、位于第二布线层45中的布线线路231和232以及第一遮光图案51朝向像素分隔图案150流动。光电转换区域110和110'以及虚设区域112可以生成电信号，并且电信号可以通过位于第二布线层45中的布线线路231和232、第二遮光图案61以及第二焊盘端子83向外传输。
56.返回参照图4、图5a和图5b，单位像素px可以包括第一像素px1、第二像素px2、第三像素px3和第四像素px4。图像传感器的第一衬底100可以包括第一像素域g1、第二像素域g2、第三像素域g3和第四像素域g4。第一像素域g1可以包括多个第一像素px1。第二像素域g2可以包括多个第二像素px2。第三像素域g3可以包括多个第三像素px3。第四像素域g4可以包括多个第四像素px4。第一像素域g1至第四像素域g4均可以具有2
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2像素结构。例如，第一像素域g1、第二像素域g2、第三像素域g3和第四像素域g4均可以包括四个单位像素px。
57.第一像素域g1至第四像素域g4可以二维地布置。第四像素域g4可以在对角线方向上布置。对角线方向可以是相对于第一方向d1和第二方向d2形成大约45度的角度的方向。第四像素域g4可以沿对角线方向彼此交叉地布置。第一像素域g1、第二像素域g2和第三像素域g3中的一者可以设置在沿第一方向d1或第二方向d2彼此相邻的第四像素域g4之间。在第一行和第二行上，第一像素域g1和第二像素域g2可以隔着第四像素域g4交替地布置。在第三行和第四行上，第一像素域g1和第三像素域g3可以隔着第四像素域g4交替地布置。在第一列和第二列上，第一像素域g1和第三像素域g3可以隔着第四像素域g4交替地布置。在第三列和第四列上，第一像素域g1和第二像素域g2可以隔着第四像素域g4交替地布置。
58.光学传输层30可以包括第一滤色器cf1、第二滤色器cf2、第三滤色器cf3、第一微透镜307和第二微透镜309。光学传输层30可以对外部入射的光进行会聚和滤波，并且光电转换层10可以被提供经聚焦和滤波的光。
59.例如，第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3可以设置在第一衬底100的第二表面100b上。第一滤色器cf1可以设置在第一像素域g1上。第一滤色器cf1可以完全覆盖第一像素域g1的第一像素px1。例如，第一滤色器cf1可以与所有第一像素px1垂直地交叠。第二滤色器cf2可以设置在第二像素域g2上。第二滤色器cf2可以完全覆盖第二像素域g2的第二像素px2。例如，第二滤色器cf1可以与所有第二像素px2垂直地交叠。第三滤色器cf3可以设置在第三像素域g3上。第三滤色器cf3可以完全覆盖第三像素域g3的第三像素px3。例如，第三滤色器cf3可以与所有第三像素px3垂直地交叠。第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3可以设置在下面将讨论的背面电介质层132上。
60.第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3均可以包括原色滤色器。第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3可以包括彼此不同的滤色器。例如，第一滤色器cf1可以包括绿色滤色器，第二滤色器cf2可以包括红色滤色器，并且第三滤色器cf3可以包
括蓝色滤色器。作为另一示例，第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3可以包括诸如青色、品红色或黄色的不同颜色。
61.第一微透镜307可以设置在第一像素域g1、第二像素域g2和第三像素域g3中的每一者上。第一微透镜307可以在第一像素域g1上设置在对应的第一像素px1上。第一微透镜307可以在第二像素域g2上设置在对应的第二像素px2上。第一微透镜307可以在第三像素域g3上设置在对应的第三像素px3上。四个第一微透镜307可以位于第一像素域g1、第二像素域g2和第三像素域g3中的每一者上。例如，第一像素域g1、第二像素域g2和第三像素域g3均可以具有四单元(tetra cell)结构。对于根据示例实施例的图像传感器，具有颜色的像素域g1、g2和g3可以均具有四单元结构。
62.第一微透镜307可以设置在第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3中的一者上。第二宽度w2可以被给定为第一微透镜307的最大宽度。第二宽度w2可以与单位像素px的宽度基本相同。第一微透镜307可以具有凸形形状，以会聚入射在单位像素px上的光。第一微透镜307可以具有半球形截面。当在俯视图中观察时，第一微透镜307可以与第一像素px1、第二像素px2和第三像素px3中的一者的单位像素px垂直地交叠。当在俯视图中观察时，第一微透镜307可以具有圆形形状。
63.第二微透镜309可以设置在第四像素域g4上。第二微透镜309可以设置在下面将描述的背面电介质层132上。第二微透镜309可以在第四像素域g4上与第四像素px4的至少一部分垂直地交叠。一个第二微透镜309可以设置在一个第四像素域g4上。例如，第四像素域g4可以具有q单元(q cell)结构。
64.第一宽度w1可以被给定为第二微透镜309的最大宽度。第一宽度w1可以与第四像素域g4的宽度基本相同。第一宽度w1可以大于第二宽度w2。例如，第一宽度w1可以是第二宽度w2的大约两倍。第二微透镜309可以具有凸形形状，以会聚入射到单位像素px的光。第二微透镜309可以具有半球形截面。当在俯视图中观察时，第二微透镜309可以具有圆形形状。
65.第二微透镜309可以包括具有弯曲的顶表面的透镜部分309a以及介于透镜部分309a和下面将讨论的背面电介质层132之间的平坦部分309b。透镜部分309a的顶表面可以是第二微透镜309的顶表面309u。平坦部分309b可以位于与第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3的水平高度基本相同的水平高度。平坦部分309b可以具有与第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3中的每一者的底表面基本共面的底表面。平坦部分309b的底表面可以是第二微透镜309的底表面。平坦部分309b可以具有与第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3中的每一者的高度基本相同的高度。第二微透镜309既可以用作白色滤色器，又可以用作会聚光的微透镜。第四像素px4可以是白色像素。对于根据示例实施例的图像传感器，白色像素域可以具有q单元结构。
66.根据示例实施例的图像传感器可以具有其中四单元结构与q单元结构彼此结合的wq单元结构。因此，与使用四单元结构和q单元结构之一的情况相比，使用wq单元结构的图像传感器可以具有改善的自动聚焦性能和提高的灵敏度。结果，图像传感器可以改善光学性质。
67.图像传感器还可以包括遮光图案350。遮光图案350可以介于滤色器cf1、cf2和cf3中的两个邻近的滤色器之间，并可以将滤色器cf1、cf2和cf3彼此分开并将第二微透镜309彼此分开。例如，滤色器cf1、cf2和cf3可以通过遮光图案350彼此光学分开，并且第二微透
镜309可以通过遮光图案350彼此光学分开。遮光图案350可以设置在背面电介质层132上。遮光图案350可以与像素分隔图案150的一部分垂直地交叠。遮光图案350可以包括金属、金属氮化物或低折射率材料。例如，遮光图案350可以包括氮化钛。低折射率材料可以包括聚合物和聚合物中的纳米颗粒，并可以具有介电性质。纳米颗粒可以包括例如二氧化硅。
68.遮光图案350可以设置在邻近的第一像素px1之间的像素分隔图案150、邻近的第二像素px2之间的像素分隔图案150以及邻近的第三像素px3之间的像素分隔图案150上。另外，遮光图案350可以设置在邻近的第一像素px1和第四像素px4之间的像素分隔图案150、邻近的第二像素px2和第四像素px4之间的像素分隔图案150以及邻近的第三像素px3和第四像素px4之间的像素分隔图案150上。遮光图案350可以不设置在邻近的第四像素px4之间的像素分隔图案150上。当在俯视图中观察时，遮光图案350可以具有栅格结构。当在俯视图中观察时，遮光图案350可以设置为与第一像素px1、第二像素px2和第三像素px3中的每一者相邻并将其完全围绕。当在俯视图中观察时，遮光图案350可以设置为与第四像素域g4相邻并完全围绕第四像素域g4。
69.图像传感器还可以包括背面电介质层132。背面电介质层132可以介于第一衬底100与滤色器cf1、cf2和cf3之间、第一衬底100与第二微透镜309之间以及像素分隔图案150与遮光图案350之间。背面电介质层132可以包括底部抗反射涂覆(barc)层。背面电介质层132可以包括多个层。例如，背面电介质层132可以包括堆叠在第一衬底100的第二表面100b上的固定电荷层、掩埋电介质层、氮化硅层和覆盖层。固定电荷层可以包括金属氧化物，诸如堆叠的铝和铪氧化物。掩埋电介质层可以包括原硅酸四乙酯(teos)或氧化硅。覆盖层可以包括诸如氧化铪的金属氧化物。背面电介质层132可以不包括从固定电荷层、掩埋电介质层、氮化硅层和覆盖层中选择的至少一者。
70.第一微透镜307可以具有位于第一水平高度lv1处的最上部分。第二微透镜309可以具有位于第二水平高度lv2处的最上部分。第一高度h1可以是第一微透镜307的最大高度。第一水平高度lv1与第二水平高度lv2可以彼此基本相同。例如，第一水平高度lv1与第二水平高度lv2之间的差可以小于等于在第一高度h1的大约2％。第二高度h2可以是第二微透镜309的透镜部分309a的最大高度。第一高度h1和第二高度h2可以彼此基本相同。第一微透镜307的顶表面307u的曲率可以不同于第二微透镜309的顶表面309u的曲率。例如，第一微透镜307的顶表面307u的曲率可以大于第二微透镜309的顶表面309u的曲率。
71.第二微透镜309的折射率可以大于第一微透镜307的折射率。可以给定大约0.30至大约0.45的范围作为第二微透镜309与第一微透镜307之间的折射率的差。
72.当在第一微透镜307的最上部分和第二微透镜309的最上部分之间存在大的水平高度差时，在单位像素px之间可能提供大的灵敏度差异，因此，图像传感器会处理大量数据来校正大的灵敏度差异。根据示例实施例，第一微透镜307的最上部分可以位于与第二微透镜309的最上部分的水平高度基本相同的水平高度处。因为第二微透镜309的折射率大于第一微透镜307的折射率，所以即使当第一微透镜307和第二微透镜309形成为具有彼此基本相同的高度时，也可以补偿第一微透镜307与第二微透镜309之间的焦距差。因此，可以减小单位像素px之间的灵敏度差，以解决以上提到的问题。另外，因为第二微透镜309的折射率大于第一微透镜307的折射率，所以可以防止或减小单位像素px之间的串扰。结果，图像传感器的光学性质可以改善。
73.图6a至图6e示出了沿着图4的线a-a'截取的截面图，以显示出根据示例实施例的制造图像传感器的方法。将在以下对图6a至图6e的描述中也参照图4、图5a和图5b。
74.参照图6a，可以制备具有第一像素域g1、第二像素域g2、第三像素域g3和第四像素域g4的第一衬底100。可以用第一导电类型的杂质掺杂第一衬底100。可以用第二导电类型的杂质注入第一衬底100，以形成光电转换区域110。可以在第一衬底100的第一表面100a上形成第二沟槽tr2和器件隔离图案103。可以在第一衬底100中形成第一沟槽tr1和像素分隔图案150。像素分隔图案150可以限定单位像素px。单位像素px可以包括第一像素px1、第二像素px2、第三像素px3和第四像素px4。第一像素域g1、第二像素域g2、第三像素域g3和第四像素域g4可以分别包括第一像素px1、第二像素px2、第三像素px3和第四像素px4。可以用具有第一导电类型的杂质注入第一衬底100的第一表面100a，以形成浮置扩散区域fd和杂质区域111。可以在第一衬底100的第一表面100a上形成参考图1讨论的栅电极tg、sf、sel和rg。可以通过在第一衬底100的第一表面100a上形成第一电介质层221、第二电介质层222、第三电介质层223和第四电介质层224、布线线路212和213、接触ct以及栅极接触gct来获得第一布线层20。
75.第一衬底100的第二表面100b可以经历研磨工艺，以使第一衬底100变薄。可以在变薄的第一衬底100的第二表面100b上形成背面电介质层132、遮光图案350以及第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3。例如，第一滤色器cf1可以包括绿色滤色器，第二滤色器cf2可以包括红色滤色器，并且第三滤色器cf3可以包括蓝色滤色器。
76.可以在第一衬底100的第二表面100b上形成第一预备透镜层490。第一预备透镜层490可以覆盖第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3的顶表面。可以执行涂覆工艺，以形成第一预备透镜层490。第一预备透镜层490可以具有基本平坦的顶表面。
77.参照图6b，可以将第一预备透镜层490图案化，以形成第一预备透镜图案390。将第一预备透镜层490图案化可以包括在第一预备透镜层490上形成掩模图案以及使用掩模图案作为蚀刻掩模来蚀刻第一预备透镜层490的一部分。掩模图案可以与第四像素域g4垂直地交叠。因此，可以在第一像素域g1、第二像素域g2和第三像素域g3上蚀刻第一预备透镜层490。第一预备透镜图案390可以与第四像素域g4垂直地交叠。
78.参照图6c，可以在由第一预备透镜图案390暴露的第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3上形成第二预备透镜图案370。第二预备透镜图案370可以与第一像素域g1、第二像素域g2和第三像素域g3中的一者垂直地交叠。第二预备透镜图案370可以具有与第一预备透镜图案390的顶表面基本共面的顶表面。第一预备透镜图案390的折射率可以大于第二预备透镜图案370的折射率。例如，可以给定大约0.30至大约0.45的范围作为第一预备透镜图案390和第二预备透镜图案370之间的折射率差。
79.参照图6d，可以在第一预备透镜图案390和第二预备透镜图案370上形成预备牺牲图案410p。形成预备牺牲图案410p可以包括在第一预备透镜图案390和第二预备透镜图案370上形成牺牲层以及执行曝光和显影工艺以形成预备牺牲图案410p。可以设置多个预备牺牲图案410p。每个预备牺牲图案410p可以形成在单位像素px上。预备牺牲图案410p可以彼此横向间隔开。预备牺牲图案410p的高度可以彼此基本相同。
80.参照图6e，可以执行回流工艺，使得预备牺牲图案410p可以回流以对应地形成牺牲图案410。在回流工艺期间，预备牺牲图案410p的一部分可以向下流动到第一预备透镜图
案390的顶表面和第二预备透镜图案370的顶表面上。因此，每个牺牲图案410可以具有向上凸起的形状。例如，每个牺牲图案410可以具有半球形形状。牺牲图案410可以形成在与第一像素px1、第二像素px2和第三像素px3对应的位置。第四像素域g4上的牺牲图案410可以与第四像素域g4的至少一部分垂直地交叠。第四像素域g4上的牺牲图案410的宽度可以大于第一像素域g1、第二像素域g2和第三像素域g3上的牺牲图案410的宽度。
81.返回参照图4、图5a和图5b，牺牲图案410可以经历回蚀工艺，以形成第一微透镜307和第二微透镜309。回蚀工艺可以将牺牲图案410的形状转印到第一预备透镜图案390和第二预备透镜图案370上，这可以导致形成第一微透镜307和第二微透镜309。第一预备透镜图案390的形状可以被转印，以形成第二微透镜309。第二预备透镜图案370的形状可以被转印，以形成第一微透镜307。
82.第二微透镜309可以包括具有弯曲顶表面的透镜部分309a以及介于透镜部分309a和背面电介质层132之间的平坦部分309b。透镜部分309a的顶表面可以是第二微透镜309的顶表面309u。平坦部分309b可以位于与第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3的水平高度基本相同的水平高度。平坦部分309b可以具有与第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3中的每一者的底表面基本共面的底表面。平坦部分309b的底表面可以是第二微透镜309的底表面。平坦部分309b可以具有与第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3中的每一者的高度基本相同的高度。
83.第一微透镜307可以具有位于第一水平高度lv1处的最上部分。第二微透镜309可以具有位于第二水平高度lv2处的最上部分。第一高度h1可以是第一微透镜307的最大高度。第一水平高度lv1与第二水平高度lv2可以彼此基本相同。例如，第一水平高度lv1与第二水平高度lv2之间的差可以小于等于第一高度h1的大约2％。第二高度h2可以是第二微透镜309的最大高度。第一高度h1和第二高度h2可以彼此基本相同。第一微透镜307的顶表面307u的曲率可以不同于第二微透镜309的顶表面309u的曲率。例如，第一微透镜307的顶表面307u的曲率可以大于第二微透镜309的顶表面309u的曲率。第二微透镜309的折射率可以大于第一微透镜307的折射率。可以给定大约0.30至大约0.45的范围作为第二微透镜309与第一微透镜307之间的折射率差。第二微透镜309的最大宽度可以大于第一微透镜307的最大宽度。
84.可以首先形成第一微透镜307，然后可以另外形成第二微透镜309。根据示例实施例，第一微透镜307和第二微透镜309可以彼此同时地形成。结果，可以降低制造成本。
85.图7a至图7c示出了沿着图4的线a-a'截取的截面图，以显示出根据示例实施例的图像传感器。在下面的示例实施例中，将省略对与以上参考图4、图5a和图5b讨论的特征重复的特征的详细描述，并且将详细地讨论其差异。
86.参照图7a，像素分隔图案150可以设置在第一沟槽tr1中。第一沟槽tr1可以从第一衬底100的第二表面100b凹进。第一沟槽tr1可以具有在从第一衬底100的第二表面100b朝向第一表面100a的方向上减小的宽度。
87.像素分隔图案150可以包括沿着第一沟槽trl的内壁共形地设置的固定电荷层157和设置在固定电荷层157上的掩埋电介质图案159。固定电荷层157可以具有负固定电荷。固定电荷层157可以由包括从铪(hf)、锆(zr)、铝(al)、钽(ta)、钛(ti)、钇(y)和镧系元素中选择的至少一种金属的金属氧化物或金属氟化物形成。例如，固定电荷层157可以是氧化铪层
或氧化铝层。可能在固定电荷层157周围发生空穴累积。因此，可以有效地减少暗电流和白斑。掩埋电介质图案159可以包括具有优异的阶梯覆盖的电介质材料。例如，掩埋电介质图案159可以包括氧化硅层。固定电荷层157可以延伸到第一衬底100的第二表面130b上。掩埋电介质图案159也可以延伸到第一衬底100的第二表面130b上。
88.掺杂区域120可以介于像素分隔图案150和第一衬底100的第一表面100a之间。掺杂区域120可以具有第一导电类型(例如，p型)。掺杂区域120可以围绕像素分隔图案150的底表面。
89.参照图7b，像素分隔图案150可以与图7a的像素分隔图案150基本相同，并且器件隔离图案103可以设置在像素分隔图案150和第一衬底100的第一表面100a之间。器件隔离图案103和像素分隔图案150可以彼此垂直地间隔开。例如，第一衬底100的一部分可以在器件隔离图案103和像素分隔图案150之间延伸。
90.参照图7c，像素分隔图案150可以与图7a的像素分隔图案150基本相同，并且器件隔离图案103可以与像素分隔图案150接触。器件隔离图案103可以介于像素分隔图案150和第一衬底100的第一表面100a之间。
91.图8示出了显示出图2中的部分m的放大俯视图。在下面的示例实施例中，将省略对与以上参考图4、图5a和图5b讨论的特征重复的特征的详细描述，并且将详细地讨论其差异。
92.参照图8，当在俯视图中观察时，第一微透镜307和第二微透镜309均可以具有八边形形状。然而，实施例不限于此，并且第一微透镜307和第二微透镜309均可以具有各种平面形状。例如，第一微透镜307和第二微透镜309均可以具有四边形形状、六边形形状、十二边形形状或任何其他合适的形状。
93.图9示出了显示出图2中的部分m的放大俯视图。在下面的示例实施例中，将省略对与以上参考图4、图5a和图5b讨论的特征重复的特征的详细描述，并且将详细地讨论其差异。
94.参照图9，第一像素域g1、第二像素域g2、第三像素域g3和第四像素域g4均可以具有4
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4像素结构。例如，第一像素域g1、第二像素域g2、第三像素域g3和第四像素域g4均可以包括十六个单位像素px。十六个第一微透镜307可以位于第一像素域g1、第二像素域g2和第三像素域g3中的每一者上。一个第二微透镜309可以设置在一个第四像素域g4上。
95.第二微透镜309的最大宽度w2可以大于第一微透镜307的最大宽度w1。第二微透镜309的最大宽度w2可以为第一微透镜307的最大宽度w1的大约四倍。
96.图10示出了显示出根据示例实施例的图像传感器的俯视图。在下面的示例实施例中，将省略对与以上参考图4、图5a和图5b讨论的特征重复的特征的详细描述，并且将详细地讨论其差异。
97.参照图10，当在俯视图上观察时，第一像素px1、第二像素px2、第三像素px3和第四像素px4均可以具有六边形形状。例如，第一像素px1、第二像素px2、第三像素px3和第四像素px4可以构成蜂窝形状。第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3可以分别设置在第一像素px1、第二像素px2和第三像素px3上。当在俯视图上观察时，第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3均可以具有六边形形状。第一滤色器cf1、第二滤色器cf2和第三滤色器cf3可以分别与第一像素px1、第二像素px2和第三像素px3垂直地交叠。
98.第一微透镜307可以对应地设置在第一像素px1、第二像素px2和第三像素px3上。当在俯视图上观察时，每个第一微透镜307可以具有六边形形状。例如，当在俯视图中观察时，第一微透镜307可以具有与第一像素px1、第二像素px2和第三像素px3中的对应像素的形状基本相同的形状。第一微透镜307可以与第一像素px1、第二像素px2和第三像素px3中的对应像素垂直地交叠。然而，实施例不限于此，并且当在俯视图中观察时，第一微透镜307可以紧密地适配在一起，使它们之间没有空的空间。
99.多个第四像素px4可以构成单个像素域。例如，七个第四像素px4可以构成一个像素域。第二微透镜309可以设置在像素域上。第二微透镜309可以与像素域垂直地交叠。例如，当在俯视图中观察时，第二微透镜309可以具有与像素域的形状基本相同的形状。根据另一示例实施例，当在俯视图中观察时，第一微透镜307和第二微透镜309可以紧密地适配在一起，而在第二微透镜309和第一微透镜307之间没有空的空间。然而，实施例不限于此，并且第一像素px1至第四像素px4、第一滤色器cf1至第三滤色器cf3、第一微透镜307和第二微透镜309的形状和布置可以变化。例如，当在俯视图中观察时，第一像素px1至第四像素px4、第一滤色器cfl至第三滤色器cf3、第一微透镜307和第二微透镜309可以均具有八边形形状或十二边形形状。
100.根据示例实施例的图像传感器可以被配置为使得第一微透镜和第二微透镜的最上部分可以位于基本相同的水平高度。因此，单位像素之间的灵敏度差异可以减小，因此可以减小由灵敏度差异的校正引起的在图像传感器中处理的数据量的增加。另外，因为第二微透镜的折射率大于第一微透镜307的折射率，所以可以防止或减小单位像素之间的串扰。结果，图像传感器的光学性质可以改善。
101.虽然已经参考附图描述了示例实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。