CN109728013B - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

公开了一种图像传感器，该图像传感器包括具有彼此相反的第一表面和第二表面的基板、在基板中的第一光电转换区和第二光电转换区、在第一光电转换区与第二光电转换区之间的贯通电极、在基板的第二表面上的绝缘结构、分别提供在第一光电转换区和第二光电转换区上的第一滤色器和第二滤色器、以及在绝缘结构上并电连接到贯通电极的光电转换层。贯通电极包括与第一表面相邻的第一端部和与第二表面相邻的第二端部。第一端部具有非平面形状。

Description

图像传感器
技术领域
实施方式涉及图像传感器，更具体地，涉及包括有机光电转换层的图像传感器。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。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。CIS(CMOS图像传感器)是CMOS型图像传感器的简称。CIS具有多个二维布置的像素。每个像素包括光电二极管。光电二极管用于将入射光转换成电信号。
发明内容
根据示例性实施方式，一种图像传感器可以包括：具有彼此相反的第一表面和第二表面的基板；在基板中的第一光电转换区和第二光电转换区；在第一光电转换区与第二光电转换区之间的贯通电极；在基板的第二表面上的绝缘结构；分别提供在第一光电转换区和第二光电转换区上的第一滤色器和第二滤色器；以及在绝缘结构上并电连接到贯通电极的光电转换层。贯通电极可以包括与第一表面相邻的第一端部和与第二表面相邻的第二端部。第一端部可以具有非平面形状。
根据示例性实施方式，一种图像传感器可以包括：具有彼此相反的第一表面和第二表面的基板；在基板中的第一光电转换区和第二光电转换区；在基板的第一表面上的浮置扩散区；在基板的第二表面上的光电转换层；以及在第一光电转换区与第二光电转换区之间的贯通电极。贯通电极可以将光电转换层和浮置扩散区彼此电连接。贯通电极的一端部可以与第一表面相邻。贯通电极的所述端部的拐角可以位于与贯通电极的所述端部的中心的水平不同的水平。
根据示例性实施方式，一种图像传感器可以包括：具有第一光电转换区的第一像素；具有第二光电转换区的第二像素；在第一像素和第二像素上的光电转换层；以及在第一像素与第二像素之间并电连接到光电转换层的贯通电极。贯通电极可以具有第一端部和与第一端部相反的第二端部。第二端部可以与光电转换层相邻。第二端部可以具有平面形状并且第一端部具有非平面形状。
附图说明
通过参照附图详细描述示例性实施方式，特征对本领域技术人员将变得明显，附图中：
图1示出显示了根据示例性实施方式的图像传感器的框图。
图2A和2B示出显示了根据示例性实施方式的图像传感器的光电转换层的操作的电路图。
图2C示出显示了根据示例性实施方式的图像传感器的光电转换层的操作的电路图。
图3示出显示了根据示例性实施方式的图像传感器的俯视图。
图4A示出沿图3的线I-I'截取的剖视图。
图4B示出沿图3的线II-II'截取的剖视图。
图5A示出图4A中的部分M的放大图，显示了根据示例性实施方式的贯通电极的示例。
图5B示出图4A中的部分M的放大图，显示了根据示例性实施方式的贯通电极的示例。
图6A示出沿图3的线I-I'截取的剖视图，显示了根据示例性实施方式的图像传感器。
图6B示出图6A中的部分M的放大图，显示了根据示例性实施方式的贯通电极的示例。
图7A至10A示出沿图3的线I-I'截取的剖视图，显示了根据示例性实施方式的制造图像传感器的方法。
图7B至10B示出根据示例性实施方式的制造图像传感器的方法中的阶段的沿图3的线II-II'截取的剖视图。
具体实施方式
图1示出显示了根据示例性实施方式的图像传感器的框图。参照图1，根据一些实施方式的图像传感器可以包括光电转换区PD1和PD2、滤色器312和314、以及光电转换层PD3。光电转换区PD1和PD2可以提供在基板100中。光电转换层PD3可以提供在基板100的表面上，滤色器312和314可以提供在光电转换层PD3与基板100之间。
光电转换层PD3可以接收分别具有第一波长、第二波长和第三波长的第一光L1、第二光L2和第三光L3。第一波长和第二波长可以与第三波长不同。第一波长可以与第二波长不同。例如，第一光L1可以对应于红色光，第二光L2可以对应于蓝色光，第三光L3可以对应于绿色光。
光电转换层PD3可以吸收第三光L3，从第三光L3产生第三光电信号S3。第一光L1和第二光L2可以穿过光电转换层PD3。光电转换层PD3可以被多个像素PX共用。
光L1和L2可以在穿过光电转换层PD3之后入射到滤色器312和314上。滤色器312和314可以包括第一滤色器312和第二滤色器314。每个像素PX可以包括第一滤色器312和第二滤色器314中的一个。第一光L1可以穿过第一滤色器312，但不穿过第二滤色器314。第二光L2可以穿过第二滤色器314，但不穿过第一滤色器312。
光电转换区PD1和PD2可以包括第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2。每个像素PX可以包括第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2中的一个。包括第一滤色器312的像素PX可以包括第一光电转换区PD1，包括第二滤色器314的像素PX可以包括第二光电转换区PD2。例如，第一光电转换区PD1可以提供在第一滤色器312下方，第二光电转换区PD2可以提供在第二滤色器314下方。
第一滤色器312可以将第一光L1透射到第一光电转换区PD1上。第一光电转换区PD1可以从第一光L1产生第一光电信号S1。第二滤色器314可以将第二光L2透射到第二光电转换区PD2上。第二光电转换区PD2可以从第二光L2产生第二光电信号S2。
在一些实施方式中，光电转换层PD3可以设置在光电转换区PD1和PD2上(或上方)，使得图像传感器可以具有增加的集成度。
在下文中，将参照图2A和2B讨论光电转换层PD3的操作，并且将参照图2C讨论光电转换区PD1和PD2的操作。
图2A和2B示出显示了根据示例性实施方式的图像传感器的光电转换层的操作的电路图。参照图2A和2B，每个像素可以包括第一源极跟随器晶体管SX、第一重置晶体管RX和第一选择晶体管AX。第一源极跟随器晶体管SX、第一重置晶体管RX和第一选择晶体管AX可以分别包括第一源极跟随器栅极SG、第一重置栅极RG和第一选择栅极AG。
第一浮置扩散区FD1可以用作第一重置晶体管RX的源极。第一浮置扩散区FD1可以电连接到第一源极跟随器晶体管SX的第一源极跟随器栅极SG。第一源极跟随器晶体管SX可以连接到第一选择晶体管AX。
关于光电转换层PD3，每个像素可以如下操作。当处于光阻挡状态时，电源电压VDD可以被施加到第一重置晶体管RX的漏极和第一源极跟随器晶体管SX的漏极，并且第一重置晶体管RX可以导通，因此可以释放留在第一浮置扩散区FD1中的电荷。在从第一浮置扩散区FD1释放剩余电荷之后，第一重置晶体管RX可以截止。
当外部光入射到光电转换层PD3上时，光电转换层PD3中可以产生光电荷(即，电子-空穴对)。如图2A所示，当光电转换层PD3接地时，所产生的光电荷中的电子可以转移到第一浮置扩散区FD1并在第一浮置扩散区FD1中累积，如图2B所示，当电压VTOP被施加到光电转换层PD3时，产生的光电荷可以转移到第一浮置扩散区FD1并在第一浮置扩散区FD1中累积。图2A示出在电子充当从光电转换层PD3转移到第一浮置扩散区FD1的光电荷的情况下的电路图，图2B示出在空穴充当从光电转换层PD3转移到第一浮置扩散区FD1的光电荷的情况下的电路图。第一源极跟随器晶体管SX的栅极偏压可以与第一浮置扩散区FD1中累积的电荷量成比例地改变，这会导致第一源极跟随器晶体管SX的源极电位的变化。如果第一选择晶体管AX导通，则输出线Vout可以输出源自入射到光电转换层PD3上的光的信号。
图2A和2B显示了单个像素包括三个晶体管RX、SX和AX，但实施方式不限于此。例如，相邻像素可以共用第一重置晶体管RX、第一源极跟随器晶体管SX和第一选择晶体管AX中的一个或更多个。因此，图像传感器可以增加集成度。
图2C示出显示了根据示例性实施方式的图像传感器的光电转换层的操作的电路图。参照图2C，每个像素还可以包括转移晶体管TX'、第二源极跟随器晶体管SX'、第二重置晶体管RX'和第二选择晶体管AX'。转移晶体管TX'、第二源极跟随器晶体管SX'、第二重置晶体管RX'和第二选择晶体管AX'可以分别包括转移栅极TG'、第二源极跟随器栅极SG'、第二重置栅极RG'和第二选择栅极AG'。
第二浮置扩散区FD2可以用作转移晶体管TX'的漏极。第二浮置扩散区FD2可以用作第二重置晶体管RX'的源极。第二浮置扩散区FD2可以电连接到第二源极跟随器晶体管SX'的第二源极跟随器栅极SG'。第二源极跟随器晶体管SX'可以连接到第二选择晶体管AX'。
当外部光入射到光电转换区PD1和PD2上时，光电转换区PD1和PD2中可以产生电子-空穴对。产生的空穴可以转移到光电转换区PD1和PD2的p型杂质区并在光电转换区PD1和PD2的p型杂质区中累积，并且产生的电子可以转移到光电转换区PD1和PD2的n型杂质区并在光电转换区PD1和PD2的n型杂质区中累积。当转移晶体管TX'导通时，产生的电荷(即，空穴或电子)可以转移第二浮置扩散区FD2并在第二浮置扩散区FD2中累积。
第二源极跟随器晶体管SX'、第二重置晶体管RX'和第二选择晶体管AX'可以具有与以上参照图2A和2B讨论的第一源极跟随器晶体管SX、第一重置晶体管RX和第一选择晶体管AX的操作和功能基本相同的操作和功能。
在一些实施方式中，第二源极跟随器晶体管SX'、第二重置晶体管RX'和第二选择晶体管AX'可以分别与第一源极跟随器晶体管SX、第一重置晶体管RX和第一选择晶体管AX分开提供并独立地操作。
在另外的实施方式中，以上参照图2A和2B讨论的第一源极跟随器晶体管SX、第一重置晶体管RX和第一选择晶体管AX中的一个或更多个可以被光电转换层PD3以及光电转换区PD1和PD2共用。在这种情况下，可以不单独提供第二源极跟随器晶体管SX'、第二重置晶体管RX'和/或第二选择晶体管AX'。
图3示出显示了根据示例性实施方式的图像传感器的俯视图。图4A示出沿图3的线I-I'截取的剖视图，图4B示出沿图3的线II-II'截取的剖视图。
参照图3、4A和4B，根据一些实施方式的图像传感器可以包括基板100。基板100可以具有沿第三方向D3彼此相反的第一表面100a和第二表面100b。基板100的第一表面100a可以是前表面，基板100的第二表面100b可以是后表面。例如，基板100可以是或者可以包括体硅基板、绝缘体上硅(SOI)基板或半导体外延层。基板100可以具有第一导电性(例如p型导电性)。
基板100可以包括二维布置成矩阵的多个像素PX。例如，像素PX可以沿第一方向D1和交叉第一方向D1的第二方向D2二维地布置。
第一器件隔离层101可以提供在基板100中。第一器件隔离层101可以沿第三方向D3从基板100的第一表面100a朝向第二表面100b延伸。第一器件隔离层101可以限定像素PX。例如，第一器件隔离层101可以设置在像素PX之间，例如，可以沿第一方向D1和第二方向D2在其间延伸，使得在俯视图中每个像素可以被第一器件隔离层围绕。
第二器件隔离层103可以提供在基板100中。第二器件隔离层103可以是形成在基板100的第一表面100a处的浅器件隔离层。第二器件隔离层103的底表面可以具有与基板100的第一表面100a基本上共面的表面。第二器件隔离层103可以具有例如沿第三方向D3的比第一器件隔离层101的深度小的深度，并且可以沿第一方向D1和第二方向D2比第一器件隔离层101延伸得更远。
第二器件隔离层103可以限定像素PX中的有源区。有源区可以提供用于设置在基板100的第一表面100a上的晶体管的操作。例如，晶体管可以包括以上参照图2A至2C讨论的晶体管RX、SX、AX、TX'、RX'、SX'和AX'。例如，第一器件隔离层101和第二器件隔离层103可以包括硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。
贯通电极120可以提供在基板100中。当在俯视图中观察时，贯通电极120可以设置在像素PX之间。例如，贯通电极120可以设置在沿第二方向D2彼此相邻的像素PX之间。贯通电极120和像素PX可以沿第二方向D2交替地布置。
每个贯通电极120可以沿垂直于基板100的第一表面100a的第三方向D3延伸。每个贯通电极120可以具有有平面形状的一端部120b。每个贯通电极120的端部120b可以与基板100的第二表面100b基本上共面。每个贯通电极120可以具有沿第三方向D3从基板100的第一表面100a朝向第二表面100b向上减小的宽度。每个贯通电极120可以具有与基板100的第一表面100a相邻的相反端部120a。第二器件隔离层103可以提供在每个贯通电极120的相反端部120a上。贯通电极120可以包括导电材料。例如，贯通电极120可以包括n型掺杂的多晶硅或p型掺杂的多晶硅。
贯通绝缘图案122可以提供在基板100与每个贯通电极120的侧壁之间。例如，贯通绝缘图案122可以包括硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。
第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2可以提供在基板100的像素PX中。第一光电转换区PD1可以对应于参照图1讨论的第一光电转换区PD1，第二光电转换区PD2可以对应于参照图1讨论的第二光电转换区PD2。第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2可以二维地布置。当在俯视图中观察时，第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2可以交替地布置。
第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2可以是杂质掺杂区，每个杂质掺杂区具有与第一导电性(例如p型导电性)不同的第二导电性(例如n型导电性)。例如，第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2中的每个可以包括与第一表面100a相邻的部分和与第二表面100b相邻的部分。与第一表面100a相邻的部分和与第二表面100b相邻的部分之间可以存在杂质浓度上的差异。例如，第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2中的每个可以在基板100的第一表面100a与第二表面100b之间具有电位坡度。
基板100中可以提供有第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2。例如，第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2可以提供在基板100的每个像素PX中。每个第一浮置扩散区FD1可以对应于以上参照图2A和2B讨论的第一浮置扩散区FD1，每个第二浮置扩散区FD2可以对应于以上参照图2C讨论的第二浮置扩散区FD2。
在每个像素PX中，第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2可以与基板100的第一表面100a相邻。在每个像素PX中，第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2可以彼此间隔开，第二器件隔离层103可以提供在第一浮置扩散区FD1与第二浮置扩散区FD2之间。在每个像素PX中，第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2可以通过势垒彼此电隔离。第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2中的每个可以是具有第二导电性(例如n型导电性)的杂质掺杂区。
包括转移栅极TG'的转移晶体管可以设置在基板100的第一表面100a上。转移栅极TG'可以提供在每个像素PX上。第二浮置扩散区FD2可以放置在转移栅极TG'的一侧。
每个转移栅极TG'可以包括下部TG'1和在基板100内的上部TG'u。上部TG'u可以连接到下部TG'1，并且下部TG'1可以沿第三方向D3突出到基板100的第一表面100a之上。下部TG'1可以沿第二方向D2比上部TG'u延伸得更远。上部TG'u可以具有沿第二方向的宽度，该宽度沿第三方向D3远离基板100的第一表面100a而减小。转移栅极TG'可以对应于以上参照图2C讨论的转移栅极TG'。
栅极电介质图案GI可以提供在基板100与每个转移栅极TG'之间。例如，栅极电介质图案GI可以包括高k电介质材料。具体地，栅极电介质图案GI可以在下部TG'1的上表面上，并且在上部TG'u的侧壁和上表面上。
第一源极跟随器晶体管、第一重置晶体管、第一选择晶体管、第二源极跟随器晶体管、包括第二重置栅极RG'的第二重置晶体管和/或第二选择晶体管可以提供在基板100的第一表面100a上。所述晶体管可以被配置为执行与以上参照图2A至2C讨论的功能和操作基本相同的功能和操作。
第一层间电介质层221、第二层间电介质层222和第三层间电介质层223可以提供在基板100的第一表面100a下方。例如，第一层间电介质层221至第三层间电介质层223的每个可以包括硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。第一层间电介质层221可以覆盖基板100的第一表面100a上的栅极(例如转移栅极TG'和重置栅极RG')。
第一底接触插塞BCP1可以穿透第一层间电介质层221以与贯通电极120接触。第一底接触插塞BCP1可以与贯通电极120的相反端部120a直接接触。每个第一底接触插塞BCP1可以具有比每个贯通电极120的宽度小的宽度。每个第一底接触插塞BCP1的宽度可以沿第三方向D3朝向贯通电极120减小。
第二底接触插塞BCP2可以穿透第一层间电介质层221以与第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2接触。每个第二底接触插塞BCP2可以具有在第三方向D3上的长度，该长度不同于每个第一底接触插塞BCP1在第三方向D3上的长度。例如，每个第二底接触插塞BCP2在第三方向D3上的长度可以小于每个第一底接触插塞BCP1在第三方向D3上的长度。第一底接触插塞BCP1和第二底接触插塞BCP2可以包括金属(例如钨)。
第一布线212可以提供在第二层间电介质层222中，第二布线213可以提供在第三层间电介质层223中。第一布线212和第二布线213可以包括金属(例如钨)。
缓冲层BL可以提供在基板100的第二表面100b上。缓冲层BL可以抑制光电转换区PD1和PD2接收源自基板100的第二表面100b上的缺陷的电荷(即，电子或空穴)。缓冲层BL可以包括金属氧化物。例如，缓冲层BL可以包括铝氧化物或铪氧化物。
绝缘结构320可以提供在缓冲层BL上。例如，绝缘结构320可以包括硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。例如，绝缘结构320可以包括具有凹陷322r的第一绝缘图案322。当在俯视图中观察时，第一绝缘图案322的凹陷322r可以对应于基板100的像素PX。凹陷322r可以暴露缓冲层BL。
每个凹陷322r中可以提供有第一滤色器312和第二滤色器314中的一个。因此，第一滤色器312和第二滤色器314可以被埋入绝缘结构320中。第一滤色器312可以对应于以上参照图1讨论的第一滤色器312，第二滤色器314可以对应于以上参照图1讨论的第二滤色器314。当在俯视图中观察时，第一滤色器312可以设置在第一光电转换区PD1上，第二滤色器314可以设置在第二光电转换区PD2上。
如以上参照图1和2C讨论的，第一滤色器312可以允许第一光L1穿过。第一光电转换区PD1可以从第一光L1产生电荷(即，电子-空穴对)。当转移晶体管TX'导通时，产生的电荷(即，空穴或电子)可以转移到第二浮置扩散区FD2并在第二浮置扩散区FD2中累积。第二滤色器314可以允许第二光L2穿过。第二光电转换区PD2可以从第二光L2产生电荷(即，电子-空穴对)。当转移晶体管TX'导通时，产生的电荷(即，空穴或电子)可以转移到第二浮置扩散区FD2并在第二浮置扩散区FD2中累积。
绝缘结构320还可以包括提供在第一滤色器312和第二滤色器314上的第二绝缘图案324。第二绝缘图案324可以提供在对应的凹陷322r中并彼此间隔开。
顶接触插塞TCP可以穿透绝缘结构320和缓冲层BL以与贯通电极120接触。顶接触插塞TCP可以与贯通电极120的端部120b直接接触。沿着第二方向D2，每个顶接触插塞TCP可以具有比每个贯通电极120的宽度小的宽度。每个顶接触插塞TCP的宽度可以随着接近贯通电极120(或基板100的第二表面100b)而减小。例如，顶接触插塞TCP可以包括金属(例如钨)。
底电极330可以提供在绝缘结构320上。当在俯视图中观察时，底电极330可以设置为对应于基板100的像素PX并彼此间隔开。每个底电极330可以连接到顶接触插塞TCP。
底电极330可以包括透明导电材料。例如，底电极330可以包括ITO(铟锡氧化物)、IZO(铟锌氧化物)、ZnO(锌氧化物)或有机透明导电材料。
第三绝缘图案326可以被提供以填充底电极330之间的间隙。第三绝缘图案326可以具有与底电极330的顶表面基本上共面的顶表面。例如，第三绝缘图案326可以包括硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。
光电转换层PD3可以提供在底电极330和第三绝缘图案326上。光电转换层PD3可以对应于以上参照图1、2A和2B讨论的光电转换层PD3。如以上参照图1所讨论的，光电转换层PD3可以吸收第三光L3以从第三光L3产生电荷(例如电子-空穴对)。在穿过底电极330、顶接触插塞TCP、贯通电极120、第一底接触插塞BCP1、第一布线212和第二底接触插塞BCP2之后，所述产生的电荷可以转移到第一浮置扩散区FD1并在第一浮置扩散区FD1中累积。
例如，光电转换层PD3可以包括有机光电转换层。光电转换层PD3可以包括形成p-n结的p型有机半导体材料和n型有机半导体材料。又例如，光电转换层PD3可以包括量子点或硫族化物。
顶电极340可以提供在光电转换层PD3上。顶电极340可以覆盖光电转换层PD3的顶表面。顶电极340可以包括透明导电材料。例如，顶电极340可以包括ITO(铟锡氧化物)、IZO(铟锌氧化物)、ZnO(锌氧化物)或有机透明导电材料。
盖层350可以提供在顶电极340上。盖层350可以包括绝缘材料。例如，盖层350可以包括铝氧化物、硅氧化物、硅氮化物或硅氮氧化物。
微透镜307可以提供在盖层350上。当在俯视图中观察时，微透镜307可以设置为对应于像素PX。每个微透镜307可以具有凸形状和预定的曲率半径。
图5A示出图4A中的部分M的放大图，显示了根据示例性实施方式的贯通电极的示例。参照图4A和5A，第二器件隔离层103可以具有彼此相反的第一表面103a和第二表面103b。
第二器件隔离层103的第一表面103a可以与基板100的第一表面100a基本上共面。贯通电极120的相反端部120a可以具有圆化的形状。贯通电极120的相反端部120a可以具有非平面形状，例如凹形。贯通电极120的相反端部120a可以朝向基板100的第二表面100b凹入。贯通电极120的相反端部120a可以具有比贯通电极120的相反端部120a的中心120B朝向基板100的第一表面100a(或第二器件隔离层103的第一表面103a)突出更多的拐角120T，例如，可以沿第二方向D2重叠第一底接触插塞BCP1。
贯通电极120的相反端部120a的拐角120T可以位于第一水平LV1，第二器件隔离层103的第二表面103b可以位于第二水平LV2。第一水平LV1可以低于第二水平LV2。例如，相反端部120a的拐角120T与第二器件隔离层103的第一表面103a之间的垂直距离可以小于第二器件隔离层103的第二表面103b与第二器件隔离层103的第一表面103a之间的垂直距离。
第一底接触插塞BCP1可以具有与贯通电极120的相反端部120a接触的端部。第一底接触插塞BCP1的所述端部可以具有与贯通电极120的相反端部120a的形状对应的凸形状，例如，第一底接触插塞BCP1的接触表面和贯通电极120的相反端部120a可以互补。例如，第一底接触插塞BCP1的与贯通电极120接触的所述端部可以朝向基板100的第二表面100b突出。因为贯通电极120的相反端部120a具有圆化的形状，所以相反端部120a与第一接触插塞BCP1之间的接触面积可以相对地增大。因此，在贯通电极120与第一底接触插塞BCP1之间，可以最小化或减小电阻。
图5B示出图4A中的部分M的放大图，显示了根据示例性实施方式的贯通电极的示例。在以下实施方式中，将省略对与以上参照图4A和5A讨论的特征重复的特征的详细描述，并将详细讨论其区别。
参照图4A和5B，贯通电极120的相反端部120a的拐角120T可以位于第一水平LV1'，第二器件隔离层103的第二表面103b可以位于第二水平LV2。第一水平LV1'可以高于第二水平LV2。例如，相反端部120a的拐角120T与第二器件隔离层103的第一表面103a之间的垂直距离可以大于第二器件隔离层103的第二表面103b与第二器件隔离层103的第一表面103a之间的垂直距离。
图6A示出沿图3的线I-I'截取的剖视图，显示了根据示例性实施方式的图像传感器。图6B示出图6A中的部分M的放大图，显示了根据示例性实施方式的贯通电极的示例。在以下实施方式中，将省略对与以上参照图4A和5A讨论的特征重复的特征的详细描述，并将详细讨论其区别。
参照图6A和6B，贯通电极120'的相反端部120a'可以具有非平面形状，例如圆化的形状。贯通电极120'的相反端部120a'可以具有凸形状。例如，相反端部120a'的中心120B'可以沿第三方向D3朝向基板100的第一表面100a(或第二器件隔离层103的第一表面103a)突出。第一底接触插塞BCP1'的一端部可以具有与贯通电极120'的相反端部120a'的形状对应的凹形。
贯通电极120'的相反端部120a'的中心120B'可以位于第三水平LV3，第二器件隔离层103的第二表面103b可以位于第二水平LV2。第三水平LV3可以低于第二水平LV2。例如，相反端部120a'的中心120B'与第二器件隔离层103的第一表面103a之间的垂直距离可以小于第二器件隔离层103的第二表面103b与第二器件隔离层103的第一表面103a之间的垂直距离。相反端部120a'的中心120B'可以位于与相反端部120a'的拐角的水平不同的水平。
图7A至10A示出沿图3的线I-I'截取的剖视图，显示了根据示例性实施方式的制造图像传感器的方法中的阶段。图7B至10B示出沿图3的线II-II'截取的剖视图，显示了根据示例性实施方式的制造图像传感器的方法中的阶段。
参照图3、7A和7B，可以提供具有彼此相反的第一表面100a和第二表面100b的基板100。基板100可以包括二维布置的多个像素PX。像素PX可以沿第一方向D1和交叉第一方向D1的第二方向D2二维地布置。例如，基板100可以是或者可以包括体硅基板、绝缘体上硅(SOI)基板或半导体外延层。基板100可以掺杂有杂质以具有第一导电性(例如p型导电性)。
第二器件隔离层103可以在基板100中形成。第二器件隔离层103的形成可以包括在基板100的第一表面100a上形成浅沟槽、以及用绝缘层填充浅沟槽。绝缘层可以使用硅氧化物、硅氮化物和/或硅氮氧化物形成。
参照图3、8A和8B，贯通电极120可以在基板100中形成。当在俯视图中观察时，贯通电极120可以形成在像素PX之间。例如，可以对基板100的第一表面100a执行蚀刻工艺，从而形成通孔120H。贯通绝缘图案122和贯通电极120可以在每个通孔120H中形成。贯通电极120可以凹入。随着贯通电极120凹入，贯通电极120的相反端部120a可以每个具有圆化的形状。
例如，贯通电极120可以使用n型掺杂多晶硅或p型掺杂多晶硅形成。贯通绝缘图案122可以使用硅氧化物、硅氮化物和/或硅氮氧化物形成。
参照图3、9A和9B，绝缘层可以在凹入的贯通电极120上形成。例如，绝缘层可以填充第二器件隔离层103的凹入区。
第一器件隔离层101可以在基板100中形成。第一器件隔离层101可以限定像素PX。第一器件隔离层101的形成可以包括在基板100的第一表面100a上形成深沟槽、以及用绝缘层填充深沟槽。绝缘层可以使用硅氧化物、硅氮化物和/或硅氮氧化物形成。
杂质可以掺杂到基板100的像素PX中，因而可以形成第一光电转换区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可以掺杂有杂质，以具有与第一导电性(例如p型导电性)不同的第二导电性(例如n型导电性)。
第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2可以在基板100的第一表面100a上形成。转移栅极TG'和重置栅极RG'可以在基板100的第一表面100a上形成。虽然未示出，但是第一源极跟随器栅极、第一重置栅极、第一选择栅极、第二源极跟随器栅极和/或第二选择栅极可以在基板100的第一表面100a上形成。
第一层间电介质层221可以在基板100的第一表面100a上形成。第一层间电介质层221可以形成为覆盖基板100的第一表面100a上的栅极(例如转移栅极TG'和重置栅极RG')。
第一底接触插塞BCP1可以穿透第一层间电介质层221以与贯通电极120接触。第二底接触插塞BCP2可以穿透第一层间电介质层221以与第一浮置扩散区FD1和第二浮置扩散区FD2接触。第一底接触插塞BCP1和第二底接触插塞BCP2可以使用金属(例如钨)形成。
第二层间电介质层222和第三层间电介质层223可以在第一层间电介质层221上形成。第一布线212和第二布线213可以分别在第二层间电介质层222和第三层间电介质层223中形成。
参照图3、10A和10B，可以对基板100的第二表面100b执行平坦化工艺。平坦化工艺可以继续直到贯通电极120的端部120b暴露。
缓冲层BL可以在平坦化的第二表面100b上形成。缓冲层BL可以缓解当执行平坦化工艺时产生的在基板100的第二表面100b上的缺陷。例如，缓冲层BL可以使用铝氧化物和/或铪氧化物形成。
绝缘结构320可以在缓冲层BL上形成。例如，绝缘层可以在缓冲层BL上形成，然后被图案化以形成具有凹陷322r的第一绝缘图案322。第一滤色器312和第二滤色器314可以在凹陷322r中形成。第二绝缘图案324可以被形成以填充凹陷322r，因而第一滤色器312和第二滤色器314可以用第二绝缘图案312和314覆盖。例如，绝缘结构320可以使用硅氧化物、硅氮化物和/或硅氮氧化物形成。
参照回图3、4A和4B，顶接触插塞TCP可以形成为穿透绝缘结构320和缓冲层BL以接触贯通电极120。例如，顶接触插塞TCP可以使用金属(例如钨)形成。
底电极330可以在绝缘结构320和顶接触插塞TCP上形成。例如，底电极330可以使用ITO(铟锡氧化物)、IZO(铟锌氧化物)、ZnO(锌氧化物)和/或有机透明导电材料形成。
光电转换层PD3可以在底电极330上形成。例如，光电转换层PD3可以包括有机光电转换层。光电转换层PD3可以使用p型有机半导体材料或n型有机半导体材料形成。又例如，光电转换层PD3可以使用量子点或硫族化物形成。
顶电极340可以在光电转换层PD3上形成。例如，顶电极340可以使用ITO(铟锡氧化物)、IZO(铟锌氧化物)、ZnO(锌氧化物)和/或有机透明导电材料形成。盖层350可以在顶电极340上形成。例如，盖层350可以使用铝氧化物、硅氧化物、硅氮化物和/或硅氮氧化物形成。微透镜307可以在盖层350上形成。
根据实施方式的图像传感器可以通过增大彼此连接的贯通电极与底接触插塞之间的接触面积而减小其间的电阻，结果，可以提高电特性。
这里已公开了示例实施方式，并且虽然采用了特定术语，但是它们仅在一般和描述性的意义上被使用和解释，而不是为了限制的目的。在一些情形下，在本申请的提交时对本领域普通技术人员将明显的是，结合特定实施方式描述的特征、特性和/或元件可以单独使用，或者与结合其它实施方式描述的特征、特性和/或元件组合使用，除非另有明确说明。因此，本领域技术人员将理解，可以进行形式和细节上的各种改变而不背离如以下权利要求中阐明的本发明的精神和范围。
2017年10月30日向韩国知识产权局提交的发明名称为“图像传感器”的第10-2017-0142692号韩国专利申请通过引用被合并。

Claims (18)

1.一种图像传感器，包括：
基板，具有沿第一方向彼此相反的第一表面和第二表面；
在所述基板中的第一光电转换区和第二光电转换区；
贯通电极，在所述第一光电转换区与所述第二光电转换区之间，并且沿所述第一方向延伸，所述贯通电极具有与所述第一表面相邻的第一端部和与所述第二表面相邻的第二端部，所述第一端部具有非平面形状；
层间电介质层，在所述基板的所述第一表面上；
绝缘结构，在所述基板的所述第二表面上；
底接触插塞，穿透所述层间电介质层以接触所述贯通电极的所述第一端部，
分别提供在所述第一光电转换区和所述第二光电转换区上的第一滤色器和第二滤色器；
第一器件隔离层，所述第一器件隔离层在所述基板的所述第一表面处并且具有彼此相反的第一表面和第二表面；以及
光电转换层，在所述绝缘结构上并且电连接到所述贯通电极，
其中所述贯通电极的所述第一端部的拐角沿着所述底接触插塞朝向所述基板的所述第一表面突出超过所述贯通电极的所述第一端部的与所述底接触插塞接触的中心，
其中所述第一器件隔离层的所述第一表面与所述基板的所述第一表面基本上共面，以及
其中沿所述第一方向，所述贯通电极的所述第一端部的所述拐角位于所述第一器件隔离层的所述第一表面和所述第二表面之间的水平。
2.如权利要求1所述的图像传感器，还包括第二器件隔离层，所述第二器件隔离层在所述基板中并且限定第一像素和第二像素，
其中所述第一光电转换区和所述第二光电转换区分别提供在所述第一像素和所述第二像素中。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述贯通电极的所述第二端部具有平面形状。
4.如权利要求1所述的图像传感器，还包括：
提供在所述基板的所述第一表面上的第一浮置扩散区和第二浮置扩散区；以及
转移栅极，在所述基板的所述第一表面上并且与所述第二浮置扩散区相邻，
其中所述第一浮置扩散区经由所述贯通电极电连接到所述光电转换层。
5.如权利要求4所述的图像传感器，还包括：
层间电介质层，在所述基板的所述第一表面上，并且覆盖所述第一浮置扩散区和所述第二浮置扩散区以及所述转移栅极；以及
在所述底接触插塞上的布线，
其中所述布线电连接到所述第一浮置扩散区，以及
其中所述底接触插塞的接触区与所述贯通电极的所述第一端部的所述非平面形状互补。
6.如权利要求1所述的图像传感器，还包括：
底电极，在所述绝缘结构与所述光电转换层之间；以及
顶接触插塞，穿透所述绝缘结构以接触所述贯通电极的所述第二端部，
其中所述光电转换层经由所述底电极和所述顶接触插塞电连接到所述贯通电极。
7.如权利要求6所述的图像传感器，还包括覆盖所述光电转换层的顶表面的顶电极，
其中所述底电极和所述顶电极包括透明导电材料。
8.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述贯通电极的所述第一端部的所述拐角与所述底接触插塞间隔开。
9.一种图像传感器，包括：
基板，具有彼此相反的第一表面和第二表面；
在所述基板中的第一光电转换区和第二光电转换区；
浮置扩散区，在所述基板的所述第一表面上；
光电转换层，在所述基板的所述第二表面上；
贯通电极，在所述第一光电转换区与所述第二光电转换区之间；以及
器件隔离层，在所述基板的所述第一表面处，并具有彼此相反的第三表面和第四表面，
其中
所述贯通电极将所述光电转换层和所述浮置扩散区彼此电连接，
所述器件隔离层的所述第三表面基本上与所述基板的所述第一表面共面，
所述贯通电极的第一端部与所述第一表面相邻，
所述贯通电极的所述第一端部的拐角位于与所述贯通电极的所述第一端部的中心的水平不同的水平，以及
所述贯通电极的所述第一端部的所述拐角位于所述器件隔离层的所述第三表面和所述第四表面之间的水平。
10.如权利要求9所述的图像传感器，其中所述贯通电极的所述第一端部的所述拐角比所述贯通电极的所述第一端部的所述中心朝向所述基板的所述第一表面突出更多。
11.如权利要求9所述的图像传感器，其中所述贯通电极的所述第一端部的所述中心朝向所述基板的所述第一表面突出。
12.如权利要求9所述的图像传感器，还包括：
第一滤色器，在所述第一光电转换区与所述光电转换层之间；以及
第二滤色器，在所述第二光电转换区与所述光电转换层之间。
13.一种图像传感器，包括：
第一像素，具有第一光电转换区；
第二像素，具有第二光电转换区；
光电转换层，在所述第一像素和所述第二像素上；
器件隔离层，所述器件隔离层具有彼此相反的第一表面和第二表面；以及
贯通电极，在所述第一像素与所述第二像素之间，并且电连接到所述光电转换层，
其中所述贯通电极具有第一端部和与所述第一端部相反的第二端部，所述第二端部与所述光电转换层相邻，所述第二端部具有平面形状并且所述第一端部具有非平面形状，
其中所述贯通电极的所述第一端部朝向所述贯通电极的所述第二端部凹入，以及
其中所述贯通电极的所述第一端部的拐角位于所述器件隔离层的所述第一表面和所述第二表面之间的水平。
14.如权利要求13所述的图像传感器，其中所述贯通电极的宽度随着从所述第一端部向所述第二端部接近而减小。
15.如权利要求13所述的图像传感器，其中
所述第一光电转换区从具有第一波长的光产生第一光电信号，
所述第二光电转换区从具有第二波长的光产生第二光电信号，以及
所述光电转换层从具有第三波长的光产生第三光电信号。
16.如权利要求13所述的图像传感器，还包括：
浮置扩散区，在所述第一像素和所述第二像素中的至少一个中；以及
底接触插塞，连接到所述贯通电极的所述第一端部，所述底接触插塞的接触区与所述贯通电极的所述第一端部的所述非平面形状互补，
其中所述贯通电极和所述底接触插塞将所述光电转换层电连接到所述浮置扩散区。
17.如权利要求16所述的图像传感器，其中所述贯通电极的所述第一端部的边缘与所述底接触插塞间隔开。
18.一种图像传感器，包括：
基板，具有沿第一方向彼此相反的第一表面和第二表面；
在所述基板中的第一光电转换区和第二光电转换区；
贯通电极，在所述第一光电转换区与所述第二光电转换区之间，并且沿所述第一方向延伸，所述贯通电极具有与所述第一表面相邻的第一端部和与所述第二表面相邻的第二端部，所述第一端部具有非平面形状；
层间电介质层，在所述基板的所述第一表面上；
绝缘结构，在所述基板的所述第二表面上；
底接触插塞，穿透所述层间电介质层以接触所述贯通电极的所述第一端部，
分别提供在所述第一光电转换区和所述第二光电转换区上的第一滤色器和第二滤色器；
第一器件隔离层，所述第一器件隔离层在所述基板的所述第一表面处并且具有彼此相反的第一表面和第二表面；以及
光电转换层，在所述绝缘结构上并且电连接到所述贯通电极，
其中所述贯通电极的所述第一端部的中心朝向所述基板的所述第一表面突出，
其中所述第一器件隔离层的所述第一表面与所述基板的所述第一表面基本上共面，以及
其中沿所述第一方向，所述贯通电极的所述第一端部的所述中心位于所述第一器件隔离层的所述第一表面和所述第二表面之间的水平。
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