CN110164904A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。该图像传感器可以包括：具有多个像素区域的基板，光电转换器件和存储节点区域在所述多个像素区域中彼此间隔开；下接触通路，其在所述多个像素区域中在光电转换器件之间；第一绝缘层，其在下接触通路上并具有开口；上接触通路，其穿过第一绝缘层电连接到下接触通路并从第一绝缘层突出；第二绝缘层，其围绕第一绝缘层和上接触通路，开口中的第二绝缘层的上表面限定沟槽；以及填充沟槽的滤色器。可以提供暴露上接触通路的保护膜、在保护膜上并与上接触通路接触的第一透明电极、以及形成在第一透明电极上的有机光电层。

Description

图像传感器及其制造方法
技术领域
实施方式涉及包括由两个绝缘层分开的滤色器的图像传感器和制造该图像传感器的方法。
背景技术
除用于例如数码照相机、移动电话照相机和便携式摄像机的一般消费电子产品之外，包括光电二极管的图像传感器还用于安装在车辆、安保装置和机器人中的照相机。由于尺寸限制和分辨率要求，图像传感器中的像素尺寸已经减小。这些减小的像素具有伴随而来的减小的吸收面积，这会使灵敏度劣化。
发明内容
根据一示例性实施方式的一种制造图像传感器的方法包括：准备具有第一表面和与第一表面相反的第二表面的基板；在基板中与第一表面相邻地形成光电转换器件；在基板中形成与第一表面相邻并与光电转换器件间隔开的存储节点区域；在基板中在光电转换器件与存储节点区域之间形成下接触通路；在下接触通路上形成第一绝缘层；形成上接触通路，上接触通路在第二表面上电连接到下接触通路，并穿过第一绝缘层部分地从第一绝缘层的上部突出；形成第二绝缘层，第二绝缘层围绕第一绝缘层和上接触通路，并具有从第二绝缘层的上表面突出的突起；在第二表面上形成滤色器，滤色器具有在等于或小于第二绝缘层的上表面的水平的水平处的上表面；形成保护膜，保护膜覆盖滤色器并暴露上接触通路的上表面；形成与上接触通路接触的第一透明电极；以及在第一透明电极上顺序地形成有机光电层和第二透明电极。
根据一示例性实施方式的一种图像传感器包括：包括多个像素区域的基板，光电转换器件和与光电转换器件间隔开的存储节点区域形成在所述多个像素区域中；下接触通路，其在所述多个像素区域中形成在光电转换器件之间；第一绝缘层，其形成在下接触通路上并具有开口；上接触通路，其电连接到下接触通路并穿过第一绝缘层从第一绝缘层的上部和下部突出；第二绝缘层，其围绕第一绝缘层和上接触通路，开口中的第二绝缘层的上表面限定沟槽；滤色器，其在沟槽中形成于第二绝缘层上；保护膜，其覆盖滤色器并暴露上接触通路的上表面；第一透明电极，其在保护膜上并与上接触通路接触；有机光电层，其形成在第一透明电极上；以及在有机光电层上的第二透明电极。
根据一示例性实施方式的一种图像传感器包括：基板，其具有第一表面和与第一表面相反的第二表面，并包括多个像素区域；滤色器，其在第二表面上在多个像素区域中；在滤色器之间的第一绝缘层；第二绝缘层，其在第一绝缘层与滤色器之间以围绕第一绝缘层；上接触通路，其穿过第一绝缘层和第二绝缘层；保护膜，其覆盖滤色器并暴露上接触通路的上表面；第一透明电极，其在保护膜上并与上接触通路接触；在第一透明电极上的有机光电层；以及在有机光电层上的第二透明电极。
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1A示出根据一实施方式的图像传感器的剖视图；
图1B至1E示出根据实施方式的图1A的部分A的放大剖视图；
图2示出根据一实施方式的图像传感器的剖视图；以及
图3至18示出根据一实施方式的制造图像传感器的方法中的阶段的剖视图。
具体实施方式
图1A是根据一实施方式的图像传感器的剖视图。图1B至1E是根据实施方式的图1A的部分A的放大剖视图。
参照图1A，根据一实施方式的图像传感器10包括包含多个像素区域P1、P2和P3的基板100。
基板100可以是体基板、外延基板、绝缘体上硅(SOI)基板等中的任何一种。例如，基板100可以包含硅(Si)。或者，基板100可以包含例如锗(Ge)等的半导体元素，或者包含例如硅锗(SiGe)、硅碳化物(SiC)、镓砷化物(GaAs)、铟砷化物(InAs)、铟磷化物(InP)等的半导体化合物。例如，基板100可以是p型半导体基板100。
基板100可以包括第一表面101a、以及沿z方向与第一表面101a相反的第二表面101b。第一表面101a可以是基板100的前表面，第二表面101b可以是基板100的后表面，例如最靠近图像传感器10的光接收表面。
光电转换器件102可以在基板100的与多个像素区域P1、P2和P3对应的区域中。光电转换器件102可以是光电二极管。光电转换器件102可以形成为距基板100的第一表面101a较深。光电转换器件102可以包括第一杂质区域102a和第二杂质区域102b。第一杂质区域102a可以沿z方向延伸基板100的第一表面101a与第二表面101b之间的大部分长度。第二杂质区域102b可以在第一杂质区域102a与基板100的第一表面101a之间，并且可以比第一杂质区域102a沿z方向延伸得更少。第一杂质区域102a和第二杂质区域102b可以具有不同的导电类型。例如，第一杂质区域102a可以掺杂有n型杂质，第二杂质区域102b可以掺杂有p型杂质。
光电转换器件102可以是检测红光和蓝光的像素。例如，检测红光的像素可以对应于第一像素区域P1和第三像素区域P3，检测蓝光的像素可以对应于第二像素区域P2。
存储节点区域103可以在基板100的与多个像素区域P1、P2和P3对应的区域中。存储节点区域103可以与基板100的第一表面101a接触，并沿x方向与光电转换器件102分开设置。例如，存储节点区域103可以掺杂有n型杂质。存储节点区域103可以包括单个掺杂区域，并且可以具有比光电转换器件102小的面积。
基板100可以包括通孔104。通孔104可以穿过基板100，例如沿z方向完全穿过基板100延伸。通孔104可以沿x方向与存储节点区域103隔开，并且可以与存储节点区域103相邻。通孔104可以具有沿x方向的宽度，该宽度沿z方向从基板100的第一表面101a到第二表面101b逐渐增大。也就是，通孔104的沿x方向的宽度可以在基板100的第一表面101a中比在基板100的第二表面101b中小。
绝缘膜105可以在通孔104的侧表面上。绝缘膜105可以由基于氧化物的材料、基于氮化物的材料等形成。通孔104可以填充有下接触通路106。例如，下接触通路106可以由例如铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)等的金属材料形成。
缓冲层107可以形成在基板100的第一表面101a上。缓冲层107可以与从基板100的第一表面101a暴露的存储节点区域103和下接触通路106接触。存储节点区域103和下接触通路106可以通过缓冲层107彼此电连接。例如，缓冲层107可以包含诸如例如Cu、Al、W等的金属材料，或碳纳米管。
布线结构110可以在基板100的第一表面101a上。布线结构110可以包括前部层间电介质膜111和多个前部配线112。高密度等离子体(HDP)氧化物膜、原硅酸四乙酯(TEOS)氧化物膜、东燃硅氮烷(tonen silazane)(TOSZ)膜、旋涂玻璃(SOG)膜、无掺杂二氧化硅玻璃(USG)膜、低κ电介质层等可以用作前部层间电介质膜111。例如，多个前部配线112可以包括例如Cu、Al、W等的金属材料。
支撑膜120可以提供到布线结构110上。支撑膜120可以增大基板100的强度，基板100在例如抛光工艺的处理期间会变薄。例如，支撑膜120可以是硅氧化物膜。
防反射膜130可以在基板100的第二表面101b上。防反射膜130可以防止光的反射，使得光朝向光电转换器件102传播。例如，防反射膜130可以由硅氮化物膜、硅氧化物膜、其组合等形成。
覆盖防反射膜130的绝缘层140可以形成在基板100的第二表面101b上。穿过绝缘层140的接触孔143可以形成在绝缘层140上。接触孔143可以从绝缘层140延伸到防反射膜130而穿过防反射膜130，从而暴露下接触通路106。接触孔可以延伸到下接触通路106中。接触孔143可以具有沿x方向的宽度，该宽度从绝缘层140到防反射膜130逐渐减小。例如，接触孔143沿x方向的宽度可以在绝缘层140的上表面中比在防反射膜130的下表面中大。
防扩散膜144可以形成在接触孔143的侧表面和底表面上。例如，防扩散膜144可以包含钛(Ti)、钛氮化物(TiN)、钽(Ta)、钽氮化物(TaN)、钛硅氮化物(TiSiN)、钨氮化物(WN)等中的至少一种。接触孔143可以填充有上接触通路145。例如，上接触通路145可以由例如Cu、Al、W等的金属材料形成。防扩散膜144可以围绕上接触通路145的侧表面和底表面。
绝缘层140可以包括具有开口141a的第一绝缘层141、以及形成在开口141a中以覆盖第一绝缘层141的第二绝缘层142。开口141a可以在z方向上重叠光电转换器件102，并且可以暴露防反射膜130的上表面的一部分。或者，防反射膜130可以在基板100与绝缘层140之间被去除，使得基板100的第二表面101b的一部分可以由开口141a暴露。第一绝缘层141的上表面可以在比上接触通路145的上表面低的水平处，例如，上接触通路145的上表面可以沿z方向比第一绝缘层141的上表面延伸得更远。上接触通路145的一部分可以从第一绝缘层141的上表面突出。防扩散膜144和上接触通路145可以穿过第一绝缘层141以朝向第一绝缘层141的上部和下部突出。
如图1B至1E详细所示，第二绝缘层142可以形成为具有台阶的多层结构。例如，如可在图1B中看出，第二绝缘层142可以包括与防反射膜130的上表面和第一绝缘层141的侧表面接触的下层142l、以及与第一绝缘层141的上表面和防扩散膜144的侧表面接触的上层142u。在图1B中，虚线表示下层1421与上层142u之间的假想边界。例如，下层142l可以仅接触第一绝缘层141的侧表面，并且上层142u可以仅接触第一绝缘层141的上表面。
下层142l可以具有在比第一绝缘层141的上表面高但比上接触通路145的上表面145a低的水平处的上表面142s。第二绝缘层142的上层142u可以围绕上接触通路145的从第一绝缘层141的上表面突出的部分的侧表面，并且可以暴露上接触通路145的上表面。HDP氧化物膜、TEOS氧化物膜、TOSZ膜、SOG膜、USG膜、低κ电介质层等中的至少一种可以形成绝缘膜105。例如，绝缘膜105可以是含磷原硅酸四乙酯(PTEOS)氧化物膜。
参照图1C，第二绝缘层142可以包括盖膜图案142a，盖膜图案142a覆盖第一绝缘层141的上表面并围绕上接触通路145的从第一绝缘层141的上表面突出的部分。第二绝缘层142可以包括覆盖第一绝缘层141的侧表面和盖膜图案142a的绝缘层衬垫142b。盖膜图案142a和绝缘层衬垫142b可以由不同材料形成。或者，盖膜图案142a和绝缘层衬垫142b可以由相同的材料形成。
参照回图1A，滤色器150可以形成在基板100的第二表面101b上的开口141a中。滤色器150可以使穿过微透镜185的入射光透过，使得仅预定波长的光，例如待感测的光，穿过第二表面101b传播到光电转换器件102。如可在图1B至1E的实施方式中看到地，滤色器150可以形成在与第二绝缘层142的下层142l的上表面142s相同的水平处或者在比第二绝缘层142的下层142l的上表面142s低的水平处。因此，第二绝缘层142的下层142l的上表面142s可以限定将用滤色器150填充的沟槽的上限。换方之，开口141a中的下层142l可以在x方向上在相面对的相邻第一绝缘层141之间沿着开口141a的底表面延伸并且在z方向上沿着相面对的相邻第一绝缘层141的相面对的侧表面延伸(例如，比第一绝缘层141的上表面沿z方向延伸得更远)，以限定沟槽。此外，上层142u可以沿着上接触通路145的侧表面从第一绝缘层141的上表面延伸，使得从第一绝缘层141突出的上接触通路145被绝缘。
滤色器150可以包括第一滤色器151和第二滤色器152。第一滤色器151可以在第一像素区域P1和第三像素区域P3的每个中以对应于光电转换器件102。第二滤色器152可以在第二像素区域P2中以对应于光电转换器件102。例如，第一滤色器151可以是红色滤色器，第二滤色器152可以是蓝色滤色器。红色波长的光可以在第一像素区域P1中透过，使得红光到达光电转换器件102。此外，蓝色波长的光可以在第二像素区域P2中透过，使得蓝光到达光电转换器件102。
覆盖滤色器150的保护膜160可以形成在基板100的第二表面101b上。保护膜160可以暴露第二绝缘层142的上层142u的上表面和上接触通路145的上表面145a。保护膜160的上表面可以在与上接触通路145的上表面145a相同的水平处。保护膜160可以是无机氧化物膜。保护膜160可以包含硅氧化物膜、钛氧化物膜、锆氧化物膜(ZrO2)、铪氧化物膜(HfO2)等中的至少一种。例如，保护膜160可以是低温氧化物(LTO)或低-低温氧化物(low-lowtemperature oxide)(LLTO)，其为硅氧化物膜的一种。由LTO或LLTO组成的保护膜160可以减少对保护膜160的下部膜的损坏。因为保护膜160是非晶的，所以保护膜160可以不是粗糙的，因而减少了入射光的反射、折射和/或散射。
分隔图案170可以形成在保护膜160上。分隔图案170可以包括例如沿x方向隔开的与多个像素区域P1、P2和P3对应的多个分隔空间。沿着z方向，分隔空间可以在滤色器150的一侧重叠滤色器150的一部分，并且不重叠上接触通路145。第一透明电极181可以在每个分隔空间171中并与上接触通路145接触。第一透明电极181可以通过下接触通路106、上接触通路145和缓冲层107电连接到存储节点区域103。第二透明电极183的层可以由诸如铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、ZnO、SnO2、锑掺杂锡氧化物(ATO)、Al掺杂锌氧化物(AZO)、镓掺杂锌氧化物(GZO)、TiO2或氟掺杂锡氧化物(FTO)的材料制成。
有机光电层182和第二透明电极183可以顺序地设置在第一透明电极181上。有机光电层182可以一体地形成在多个第一透明电极181上。有机光电层182和第二透明电极183可以沿x方向连续。
有机光电层182可以是仅在一定波长的光下引起光电转换的有机材料。例如，有机光电层182可以仅在绿色波长的光下引起光电转换。例如，有机光电层182可以在第一像素区域P1、第二像素区域P2和第三像素区域P3的全部中具有500nm到600nm范围内的最大吸收波长。因此，可以提高图像传感器10的灵敏度。
有机光电层182可以是其中p型半导体材料和n型半导体材料形成pn扁平结或体异质结的层。有机光电层182可以具有单层结构或多层结构。有机光电层182可以是其中接收入射光、产生激子、然后激子分离成空穴和电子的层。p型半导体材料和n型半导体材料可以吸收绿色波长的光，并且可以具有在约500nm到约600nm的波长范围内的最大吸收峰。
第二透明电极183的层可以形成在有机光电层182上。例如，第二透明电极183可以由ITO、IZO、ZnO、SnO2、ATO、AZO、GZO、TiO2、FTO等制成。第二透明电极183可以一体地形成在第一像素区域P1、第二像素区域P2和第三像素区域P3之上。
与每个滤色器150对应的微透镜185可以在第二透明电极183上。微透镜185可以沿z方向重叠对应的滤色器150。微透镜185可以改变入射到光电转换器件102以外的区域的光的路径，以将光聚集例如聚焦在光电转换器件102上。
保护层184可以形成在微透镜185与第二透明电极183之间。保护层184可以由透明绝缘材料制成。
下面将结合图1B至1E详细描述绝缘层140的另外的变化，图1B至1E是图1A的部分A的放大剖视图。在图1B至1E中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简化描述，将省略其冗余描述。
参照图1B、1C和1E，接触孔143可以形成在第一绝缘层141的中心。相反，如图1D所示，接触孔143可以形成在从第一绝缘层141的中心向左或向右偏置的位置处。例如，当接触孔143和第一绝缘层141被包括在位于图像传感器的中心的像素区域中时，接触孔143可以形成在第一绝缘层141的中心，如图1B、1C和1E所示。另一方面，当接触孔143和第一绝缘层141被包括在位于图像传感器的中心以外的位置处的像素区域中时，接触孔143可以形成在从第一绝缘层141的中心偏置的位置处，如图1D所示。
参照图1E，接触孔143可以具有拥有不连续变化的坡度的侧表面。例如，接触孔143的侧表面可以包括第一倾斜部143a，第一倾斜部143a具有拥有比其它部分更平缓的坡度的部分。取决于第一绝缘层141和第二绝缘层142的相对蚀刻选择性，第一倾斜部143a可以向内形成到接触孔143中或从接触孔143向外形成。这里，坡度方向是向外还是向内在从接触孔143的上部到接触孔143的下部的方向的基础上被确定。第一倾斜部143a可以形成在与第一绝缘层141的上表面相邻的部分中。形成在具有第一倾斜部143a的接触孔143中的防扩散膜144和上接触通路145可以具有拥有沿第一倾斜部143a不连续变化的坡度的侧表面。
例如，相对于接触孔143向内倾斜的第一倾斜部143a的接触孔143的上表面在图1E中示出。这里，接触孔143的上表面可以具有宽度W2，宽度W2大于如图1B、1C和1D所示没有第一倾斜部143a的接触孔143的上表面的宽度W1。第一绝缘层141和第二绝缘层142的蚀刻选择性在图1D中可以比在这些图中更大。或者，具有相对于接触孔143向外倾斜的第一倾斜部的接触孔143的上表面可以具有比没有第一倾斜部的接触孔143的上表面的宽度W1大的宽度。
或者，接触孔143可以具有在第一倾斜部143a下面拥有不连续变化的坡度的侧表面。例如，接触孔143的侧表面可以包括第二倾斜部，该第二倾斜部具有拥有比其它部分更平缓的坡度的部分。取决于防反射膜130和第一绝缘层141的蚀刻选择性，第二倾斜部可以向内形成到接触孔143中或从接触孔143向外形成。第二倾斜部可以形成在与防反射膜130的上表面相邻的部分处。拥有从接触孔143向外平缓地倾斜的第二倾斜部的接触孔143具有从第二表面101b向上增大、然后由于形成在与防反射膜130的上表面的水平相同的水平处的第二倾斜部而减小的宽度。接触孔143的宽度可以从第二倾斜部再次向上逐渐增大。拥有向内倾斜到接触孔143中的第二倾斜部的接触孔143具有从第二表面101b向上逐渐增大、然后由于形成在与防反射膜130的上表面的水平相同的水平处的第二倾斜部而迅速增大的宽度。接触孔143的宽度可以从第二倾斜部再次向上逐渐增大。
形成在具有第二倾斜部的接触孔143中的防扩散膜144和上接触通路145可以具有拥有沿第二倾斜部不连续变化的坡度的侧表面。第一倾斜部143a和第二倾斜部两者可以形成在接触孔143中。形成在具有第一倾斜部143a和第二倾斜部的接触孔143中的防扩散膜144和上接触通路145可以具有拥有沿第一倾斜部143a和第二倾斜部不连续变化的坡度的部分侧表面。
参照图1B至1E，第二绝缘层142在其不同部分处具有不同厚度。形成在开口141a中的第二绝缘层142的厚度D1可以小于形成在第一绝缘层141上的第二绝缘层142的厚度D2。形成在开口141a中的第二绝缘层142的厚度D1可以等于绝缘层衬垫142b的厚度，并且形成在第一绝缘层141上的第二绝缘层142的厚度D2可以等于图1C的盖膜图案142a的厚度与绝缘层衬垫142b的厚度之和。换言之，从第一绝缘层141的上表面突出的上层142u的厚度D2(沿x方向相对于防扩散膜144的外侧表面并且沿z方向相对于第一绝缘层141的上表面测量)可以在图1B至1E所示的所有实施方式中相同，并且大于下层142l沿x方向和z方向的厚度D1。通过下面参照图11-13详细描述地沉积覆盖第一绝缘层141的上表面的盖膜图案142a、然后沉积覆盖所沉积的盖膜图案142a并且还覆盖开口141a的绝缘层衬垫142b，第二绝缘层142可以形成为在第一绝缘层141上比在开口141a中更厚。
图2是根据一实施方式的图像传感器的剖视图。在图1A和2中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简化描述，将省略其冗余描述。
参照图2，器件分隔膜201可以在图像传感器20的基板200上。器件分隔膜201可以限定多个像素区域P1、P2和P3。光电转换器件202可以在基板200的与像素区域对应的区域中。光电转换器件202可以包括第一杂质区域202a和第二杂质区域202b。第一杂质区域202a可以沿z方向延伸基板200的上表面与下表面之间的大部分长度。第二杂质区域202b可以在第一杂质区域202a与基板200的面对传感器20的光接收表面的表面之间，并且可以比第一杂质区域202a沿z方向延伸得更少。第一杂质区域202a和第二杂质区域202b可以具有不同的导电类型。例如，第一杂质区域202a可以掺杂有n型杂质，第二杂质区域202b可以掺杂有p型杂质。
光电转换器件202可以是检测红光和蓝光的像素。例如，检测红光的像素可以对应于第一像素区域P1和第三像素区域P3，并且检测蓝光的像素可以对应于第二像素区域P2。
存储节点区域203可以在基板200的与多个像素区域P1、P2和P3对应的区域中。存储节点区域203可以与基板200的上表面接触并沿x方向与光电转换器件202分开。例如，存储节点区域203可以掺杂有n型杂质。存储节点区域203可以是具有比光电转换器件202小的面积的单个掺杂区域。
层间电介质结构210、216可以在基板200上。层间电介质结构210、216可以包括顺序地堆叠在基板200上的多个层间电介质膜210、以及在多个层间电介质膜210的上表面上的多个蚀刻停止膜216。
多个层间电介质膜210当中最上面的层间电介质膜214可以比其它层间电介质膜211、212和213厚。多个层间电介质膜210可以由氧化物制成。例如，多个层间电介质膜210可以由HDP氧化物膜、TEOS氧化物膜、TOSZ膜、SOG膜、USG膜、低κ电介质层等构成。蚀刻停止膜216可以由硅氮化物膜或硅氮氧化物膜形成。
布线结构220可以在多个像素区域P1、P2和P3的每个中。布线结构220可以包含例如Cu、Al、W等的金属材料。
布线结构220可以包括在多个层间电介质膜210中的至少一些中的层间配线221、以及穿过多个层间电介质膜210并连接层间配线221的下接触通路222。下接触通路222可以包括最下面的接触通路222a、中间的接触通路222b和最上面的接触通路222c。最下面的接触通路222a可以与存储节点区域203接触。
根据一实施方式，缓冲通路223可以在最下面的接触通路222a与存储节点区域203之间。例如，缓冲通路223可以包括碳纳米管。
通常，为了电连接布线结构220和存储节点区域203，基板200形成金属接触。当金属与具有低杂质浓度的半导体接触时，接触表面上形成势垒，因而不能期望良好的欧姆接触。因此，当布线结构220和存储节点区域203通过金属接触连接时，为了减小高接触电阻，执行其中杂质被注入到基板200的在存储节点区域203内的表面中的离子注入工艺。在这种情况下，在离子注入工艺期间，半导体基板200被损坏，并且在图像传感器中产生许多暗电子。结果，图像传感器的性能劣化。
根据一实施方式，缓冲通路223可以提供具有在硅的功函数与金属的功函数之间的功函数的材料，并且可以降低半导体基板200与布线结构220之间的能量势垒。因此，能实现良好的欧姆接触。例如，半导体基板200中的硅具有4.05eV的功函数，布线结构220中的金属(例如铜)具有4.70eV的功函数，并且缓冲通路223(例如碳纳米管)具有约4.3eV到约4.8eV的功函数。缓冲通路223可以降低硅与金属之间的能量势垒，因而促进电子和/或空穴通过布线结构220向存储节点区域203的转移。因此，可以提高图像传感器的性能。
上接触通路145可以穿过蚀刻停止膜216和最上面的层间电介质膜214形成在最上面的层间配线上。防扩散膜144可以围绕上接触通路145的侧表面和底表面，并且可以与最上面的层间配线接触。上接触通路145可以通过层间配线221和下接触通路222电连接到存储节点区域203。
图3至18是制造图1A和1C的图像传感器的方法中的阶段的剖视图。在以下参照图3至18的描述中将省略以上参照图1A的描述的重复内容。
参照图3，可以准备具有多个像素区域P1、P2和P3的基板100。多个光电转换器件102和沿x方向与多个光电转换器件102间隔开的多个存储节点区域103可以形成在基板100的多个像素区域P1、P2和P3中。
参照图4，缓冲层107可以形成在基板100的第一表面101a上。缓冲层107可以电连接到存储节点区域103。布线结构110可以形成在基板100的第一表面101a上。布线结构110可以形成为包括前部层间电介质膜111和多个前部配线112。支撑膜120可以形成在布线结构110上。
参照图5，可以翻转基板100，使得布线结构110在基板100的下侧。随后，图4所示的基板100的下侧的一部分(在虚线下面的部分)可以被去除。
参照图6，穿过半导体基板100的通孔104可以形成在从基板100的第二表面101b到缓冲层107的范围内。通孔104可以具有从第二表面101b到第一表面101a逐渐减小的宽度。绝缘膜105可以形成在通孔104的侧表面上。下接触通路106可以形成在绝缘膜105的侧表面上，并且通孔104可以用下接触通路106完全填充。
参照图7，防反射膜130可以形成在基板100的第二表面101b上。防反射膜130可以覆盖基板100的第二表面101b、绝缘膜105的上表面和下接触通路106的上表面的全部。
层间电介质层240和掩模膜250可以顺序地形成在防反射膜130上。HDP氧化物膜、TEOS氧化物膜、TOSZ膜、SOG膜、USG膜和低κ电介质层中的至少一种可以形成层间电介质层240。例如，可以形成PTEOS氧化物膜作为层间电介质层240。
掩模膜250的厚度可以大于或等于将覆盖滤色器150的保护膜160(图15)的厚度。掩模膜250可以由具有与层间电介质层240的蚀刻选择性相同的蚀刻选择性的材料制成。例如，掩模膜250可以由低温硅氮化物(LT-SiN)制成。
参照图8，第一光致抗蚀剂膜可以形成在掩模膜250上，并且穿过防反射膜130、层间电介质层240和掩模膜250的接触孔143可以通过使用第一光致抗蚀剂膜作为抗蚀刻膜而形成。第一光致抗蚀剂膜可以被形成，使得掩模膜250的上表面的在z方向上与下接触通路106重叠的部分被暴露。
取决于防反射膜130、层间电介质层240和掩模膜250的蚀刻选择性，接触孔143可以形成为具有图1B至1E所示的接触孔143的形状之一。在形成接触孔143之后，第一光致抗蚀剂膜可以被去除。接触孔143可以暴露下接触通路106并且可以稍微延伸到下接触通路106中。
参照图9，防扩散膜144可以形成在接触孔143上。防扩散膜144可以形成在接触孔143的侧表面和底表面上。防扩散膜144可以形成为与通过接触孔143暴露的下接触通路106、防反射膜130、层间电介质层240和掩模膜250接触。上接触通路145可以在其上形成防扩散膜144的接触孔143中形成。防扩散膜144可以围绕上接触通路145的侧表面和底表面。上接触通路145可以形成为与防扩散膜144接触，并且接触孔143的在形成防扩散膜144之后留下的剩余空间可以用上接触通路145完全填充。
平坦化工艺可以被执行，使得掩模膜250、防扩散膜144和上接触通路145的上表面处于相同的水平。可以使用化学机械抛光(CMP)工艺作为平坦化工艺。
参照图10，层间电介质层240的上表面可以通过去除掩模膜250被暴露。防扩散膜144和上接触通路145可以沿z方向从层间电介质层240的上表面突出。例如，掩模膜250可以通过使用灰化和/或剥离工艺被去除。
参照图11，覆盖层间电介质层240的上表面、从层间电介质层240的上表面突出的防扩散膜144、以及上接触通路145的盖膜242可以被形成，例如，可以与之共形。盖膜242可以具有覆盖突出的上接触通路145的突出部。盖膜242可以例如由硅氧化物、硅氮化物、其组合等制成。盖膜242可以通过使用原子层沉积(ALD)工艺、化学气相沉积(CVD)工艺、自由基氧化工艺、自然氧化工艺等形成。
参照图12，第二光致抗蚀剂膜可以形成在盖膜242上。第二光致抗蚀剂膜可以覆盖盖膜242的突出部及其在层间电介质层240上沿x方向延伸的相邻部分并暴露其它部分。随后，盖膜图案142a可以通过使用第二光致抗蚀剂膜作为抗蚀刻膜去除盖膜242的暴露部分而形成。此外，其中具有开口141a的第一绝缘层141可以通过使用第二光致抗蚀剂膜作为抗蚀刻膜去除层间电介质层240中的与盖膜242的暴露部分对应的部分而形成。层间电介质层240可以被去除直到防反射膜130被暴露。因此，防反射膜130可以通过开口141a被暴露。
参照图13，绝缘层衬垫142b可以形成在开口141a中。绝缘层衬垫142b可以覆盖防反射膜130的暴露的上表面、开口141a的侧表面、以及盖膜图案142a，例如可以与之共形。绝缘层衬垫142b可以具有下层142l、以及延伸超过上表面142s并覆盖盖膜图案142a的突出部的突出部分。绝缘层衬垫142b(即下层142l)的上表面142s可以在比第一绝缘层141的上表面高的水平处并且在比上接触通路145的上表面低的水平处。绝缘层衬垫142b可以由例如硅氧化物、硅氮化物、其组合等制成。绝缘层衬垫142b可以通过使用ALD工艺、CVD工艺、自由基氧化工艺、自然氧化工艺等而形成。在图13中，上层142u通过盖膜图案142a与绝缘层衬垫142b的突出部分一起形成。
参照图14，滤色器150可以形成在开口141a中。滤色器150可以形成在开口141a中的绝缘层衬垫142b上。滤色器150的上表面可以形成在与绝缘层衬垫142b(即下层142l)的上表面142s相同的水平处或者在比绝缘层衬垫142b(即下层142l)的上表面142s低的水平处。因此，由于接收滤色器150的沟槽由比上接触通路145的上表面低的上表面142s限定，所以不需要在滤色器150上进行进一步处理(例如蚀刻)，允许均匀的分布和受控制的表面粗糙度。
参照图15和16，覆盖滤色器150的上表面的保护膜160可以被形成。保护膜160可以覆盖滤色器150和绝缘层衬垫142b。保护膜160可以足够厚，使得保护膜160的突起160b的覆盖包括绝缘层140和上接触通路145的突出部分的台阶结构的侧壁是直的。随后，可以执行平坦化工艺，使得保护膜160、绝缘层衬垫142b、盖膜图案142a、防扩散膜144和上接触通路145的上表面处于相同的水平。上接触通路145的上表面可以被暴露。例如，可以使用CMP工艺作为平坦化工艺。
参照图17，分隔图案170可以形成在保护膜160上。分隔层可以形成在保护膜160上，并且分隔图案170可以通过回蚀刻分隔层而形成。分隔图案170可以具有在分隔图案170的底表面上暴露保护膜160的分隔空间171。分隔图案170可以由氧化物制成。
参照图18，第一透明电极181可以填充分隔空间171。然后，可以执行平坦化工艺，使得分隔图案170和第一透明电极181的上表面处于相同的水平。例如，可以使用CMP工艺作为平坦化工艺。
随后，参照回图1，有机光电层182可以形成在第一透明电极181上。有机光电层182可以具有适于通过有效地吸收光并分开转移空穴和电子而有效地提高光电转换效率的厚度。
第二透明电极183可以形成在有机光电层182上。有机光电层182和第二透明电极183可以一体地形成在第一至第三像素区域之上。
对应于滤色器150的微透镜185可以形成在上部透明电极上。根据一实施方式，保护层184可以形成在微透镜185与第二透明电极183之间。
图2所示的图像传感器可以使用参照图7至18描述的方法形成。
根据一实施方式，通过为图像传感器的滤色器提供适当高度的沟槽，滤色器可以形成为具有改善的分布和受控制的表面粗糙度。
虽然可能未示出某些剖视图(们)的对应俯视图和/或透视图，但是这里示出的图像传感器的剖视图(们)为如俯视图所示沿两个不同方向延伸和/或如透视图所示沿三个不同方向延伸的多个图像传感器提供了支持。所述两个不同方向可以彼此正交或者可以不彼此正交。所述三个不同方向可以包括可与所述两个不同方向正交的第三方向。所述多个图像传感器可以集成在同一电子设备中。例如，当图像传感器在剖视图中被示出时，电子设备可以包括多个图像传感器，如将由电子设备的俯视图所示。所述多个图像传感器可以布置成阵列和/或二维图案。
这里已经公开了示例实施方式，并且虽然采用了特定术语，但是它们仅在一般的和描述性的意义上被使用和被解释，而不是为了限制的目的。在一些情形下，如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，除非另有明确指示。因此，本领域技术人员将理解，可以进行在形式和细节上的各种改变而不背离如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围。
2018年2月12日向韩国知识产权局(KIPO)提交且题为“包括有机光电层的图像传感器和制造其的方法”的韩国专利申请第10-2018-0016815号通过引用全文在此合并。

Claims (8)

1.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括：
准备具有第一表面和与所述第一表面相反的第二表面的基板；
在所述基板中与所述第一表面相邻地形成光电转换器件；
在所述基板中形成与所述第一表面相邻并且与所述光电转换器件间隔开的存储节点区域；
在所述基板中在所述光电转换器件与所述存储节点区域之间形成下接触通路；
在所述下接触通路上形成第一绝缘层；
形成上接触通路，所述上接触通路在所述第二表面上电连接到所述下接触通路，并且穿过所述第一绝缘层部分地从所述第一绝缘层的上部突出；
形成第二绝缘层，所述第二绝缘层围绕所述第一绝缘层和所述上接触通路，并且具有从所述第二绝缘层的上表面突出的突起；
在所述第二表面上形成滤色器，所述滤色器具有在等于或小于所述第二绝缘层的所述上表面的水平的水平处的上表面；
形成保护膜，所述保护膜覆盖所述滤色器并且暴露所述上接触通路的上表面；
形成与所述上接触通路接触的第一透明电极；以及
在所述第一透明电极上顺序地形成有机光电层和第二透明电极。
2.如权利要求1所述的方法，其中形成所述第一绝缘层包括：
在所述基板上顺序地形成防反射膜和层间电介质层；
在所述层间电介质层上形成具有突出部的盖膜；
形成覆盖所述盖膜的所述突出部的第二光致抗蚀剂层；以及
通过使用所述第二光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模蚀刻掉所述层间电介质层的一部分而形成开口。
3.如权利要求2所述的方法，其中形成所述上接触通路包括在形成所述盖膜之前：
在所述层间电介质层上形成掩模膜；
在所述掩模膜上形成第一光致抗蚀剂层，所述第一光致抗蚀剂层暴露所述掩模膜的与所述下接触通路对应的部分；
通过使用所述第一光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模穿过所述防反射膜、所述层间电介质层和所述掩模膜而形成暴露所述下接触通路的接触孔；
在所述接触孔中形成所述上接触通路并且执行平坦化，使得所述掩模膜和所述上接触通路的上表面处于相同的水平；以及
去除所述掩模膜以使所述上接触通路从所述层间电介质层的上部突出。
4.如权利要求3所述的方法，其中：
形成所述上接触通路包括在所述接触孔的表面上形成防扩散膜，以及
所述上接触通路与所述防扩散膜接触，并且所述接触孔用所述上接触通路完全填充。
5.如权利要求3所述的方法，其中形成所述第二绝缘层包括通过使用所述第二光致抗蚀剂层作为蚀刻掩模去除所述盖膜的暴露部分而形成盖膜图案。
6.如权利要求5所述的方法，其中形成所述第二绝缘层包括形成覆盖所述开口的表面和所述盖膜图案的绝缘层衬垫。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述上接触通路还包括倾斜部，所述倾斜部具有相对于所述上接触通路的所述上表面向外倾斜的侧表面。
8.如权利要求1所述的方法，所述上接触通路还包括倾斜部，所述倾斜部具有相对于所述上接触通路的所述上表面向内倾斜并且拥有不连续变化的坡度的侧表面。
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