CN110310965A - 每个像素区域具有多个透镜的图像传感器 - Google Patents

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Abstract

提供了图像传感器。图像传感器包括基底，所述基底包括像素区域、第一表面和与第一表面相对的第二表面。图像传感器包括位于第一表面上并且构造为响应于像素区域中的入射光产生电荷的第一光电门和第二光电门。此外，图像传感器包括第一微透镜和第二微透镜，所述第一微透镜和第二微透镜位于第二表面上并且构造为使入射光朝向第一光电门和第二光电门传输。

Description

每个像素区域具有多个透镜的图像传感器
此申请要求于2018年3月20日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0031897号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。
技术领域
本公开涉及图像传感器。
背景技术
随着包括数码相机和数码便携式摄像机功能的数码相机、数码便携式摄像机和移动电话变得普及，图像传感器正在迅速发展。图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体装置。随着对立体图像的需求，正在积极开展对三维(3D)图像传感器(即，能够同时捕获二维(2D)图像和深度图像的深度传感器)的研究。
深度传感器可以具有比传统图像传感器大的像素。因此，微透镜的尺寸可以增大，然而，这会增大微透镜的制造难度，从而提高生产成本并降低装置可靠性。
发明内容
本公开的方面提供一种图像传感器，所述图像传感器通过向一个像素应用多个微透镜而具有改善的生产效率和光电效率。
根据一些实施例，一种图像传感器可以包括基底，所述基底包括像素区域、第一表面和与第一表面相对的第二表面。该图像传感器可以包括第一光电门和第二光电门，所述第一光电门和第二光电门位于第一表面上并且构造为响应于像素区域中的入射光产生电荷。此外，该图像传感器可以包括第一微透镜和第二微透镜，所述第一微透镜和第二微透镜共用包括像素区域的像素、位于第二表面上并且构造为使入射光朝向第一光电门和第二光电门传输。
根据一些实施例，一种图像传感器可以包括基底，所述基底包括像素区域、第一表面和与第一表面相对的第二表面。该图像传感器可以包括第一光电门和第二光电门，所述第一光电门和所述第二光电门位于第一表面上并且构造为响应于像素区域中的入射光产生电荷。该图像传感器可以包括限定像素区域的沟槽隔离层。该图像传感器可以包括构造为使像素区域中的入射光散射的第一散射结构和第二散射结构。此外，该图像传感器可以包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜位于第二表面上并且构造为使入射光传输到像素区域中。第一散射结构和第一透镜可以彼此垂直叠置，第二散射结构和第二透镜可以彼此垂直叠置。
根据一些实施例，一种图像传感器可以包括基底，所述基底包括像素区域、第一表面和与第一表面相对的第二表面。该图像传感器可以包括第一光电门和第二光电门，所述第一光电门和所述第二光电门位于第一表面上并且构造为响应于像素区域中的入射光产生电荷。该图像传感器可以包括浅沟槽隔离(STI)层，所述浅沟槽隔离(STI)层在像素区域中在从第一表面朝向第二表面的方向上延伸第一距离。该图像传感器可以包括深沟槽隔离(DTI)层，所述深沟槽隔离(DTI)层限定像素区域，并且在所述方向上延伸第二距离。第二距离可以比第一距离长。此外，该图像传感器可以包括第一透镜和第二透镜，所述第一透镜和所述第二透镜位于第二表面上并且构造为使入射光传输到像素区域中。
附图说明
通过下面结合附图对实施例的描述，这些和/或其他方面将变得更加清楚且更加容易理解，在附图中：
图1是根据实施例的图像传感器的框图；
图2是详细示出图1的像素阵列的布局图；
图3是详细示出图1的像素阵列中的一个像素区域的等效电路图；
图4是根据实施例的三维(3D)图像传感器的像素区域的等效电路图；
图5是用于解释根据实施例的图像传感器的相位采样的曲线图；
图6是根据实施例的图像传感器的底视图；
图7是沿图6的线A-A'截取的剖视图；
图8是根据实施例的图像传感器的底视图；
图9是沿图8的线B-B'截取的剖视图；
图10是根据实施例的图像传感器的剖视图；
图11是根据实施例的图像传感器的剖视图；
图12是根据实施例的图像传感器的底视图；
图13是沿图12的线C-C'截取的剖视图；
图14是根据实施例的图像传感器的剖视图；
图15是根据实施例的图像传感器的底视图；
图16是根据实施例的图像传感器的底视图；
图17是根据实施例的图像传感器的底视图；
图18是沿图17的线D-D'截取的剖视图；
图19是根据实施例的图像传感器的剖视图；
图20是根据实施例的图像传感器的剖视图；
图21是根据实施例的图像传感器的底视图；
图22是根据实施例的图像传感器的底视图；
图23是根据实施例的图像传感器的剖视图；
图24是根据实施例的图像传感器的剖视图；以及
图25是根据实施例的图像传感器的剖视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图解释本公开的实施例。附图中同样的附图标记表示同样的元件，可以省略同样的元件的重复解释。
现在将参照图1至图7描述根据实施例的三维(3D)图像传感器。
图1是根据实施例的图像传感器的框图。
参照图1，根据实施例的包括图像传感器的图像感测设备包括红外发射器400和3D图像传感器90。
红外发射器400可以向物体O照射脉冲信号L1。脉冲信号L1可以是红外光。脉冲信号L1可以被物体O反射，反射的脉冲信号L2可以通过透镜91进入3D图像传感器90。红外发射器400可以将与脉冲信号L1有关的信息发送至3D图像传感器90。
3D图像传感器90可以利用反射的脉冲信号L2分析彩色信息和距离信息，即，物体O的3D图像信息。
具体地，3D图像传感器90包括像素阵列10、时序发生器20、行解码器30、行驱动器40、相关双采样器(CDS)50、模数转换器(ADC)60、读取电路70和列解码器80，在像素阵列10中，包括光电装置的像素以二维方式布置。
像素阵列10包括二维布置的多个像素。每个像素将光学图像转换为电输出信号。像素阵列10可以通过透镜91接收反射的脉冲信号L2。
像素阵列10通过从行驱动器40接收的多个驱动信号(诸如，行选择信号、复位信号和电荷传输信号)来驱动。此外，电输出信号通过垂直信号线提供至CDS 50。
时序发生器20将时序信号和控制信号提供至行解码器30和列解码器80。时序发生器20可以从红外发射器400接收与脉冲信号L1有关的信息。
行解码器30产生门信号和用于驱动像素阵列10的每行的驱动信号(诸如，传输信号、复位信号和选择信号)。
行驱动器40根据行解码器30的解码结果提供用于驱动像素阵列10的多个单位像素的多个驱动信号。通常，当单位像素以矩阵形式布置时，驱动信号被提供至每行。
CDS 50通过垂直信号线从像素阵列10接收输出信号，并对输出信号进行保持和采样。即，CDS 50可以对输出信号的特定噪声电平和信号电平进行双采样，并且输出与噪声电平和信号电平之间的差对应的差分电平。
ADC 60将与差分电平对应的模拟信号转换为数字信号并且输出数字信号。
读取电路70根据列解码器80的解码结果处理数字信号。读取电路70可以通过处理数字信号来获得图像的彩色信息和深度信息。
图2是详细示出图1的像素阵列10的布局图。
参照图2，像素阵列10可以具有以行和列排列的多个像素。在图2中，位于第i行第j列中的像素由P(i,j)表示。尽管为了方便在图2中仅示出三行三列，但是这是非限制性示例。也就是说，行的数量和列的数量可以变化。
像素P(i,j)的水平形状可以是，但不限于，正方形。像素P(i,j)可以通过正方形的表面与相邻像素接触。
像素P(i,j)可以接收输入Vin并产生输出Vout。这里，输入Vin可以相等地供应至像素阵列10的每行，输出Vout可以从像素阵列10的每列产生。
图3是详细示出图1的像素阵列10中的一个像素区域(例如，一个像素)的等效电路图。
参照图3，像素P(i,j)可以是具有两个光电门的2抽头像素，然而，本公开不限于此。例如，包括在图像传感器中的像素可以是具有三个光电门的3抽头像素或具有四个光电门的4抽头像素。
像素P(i,j)可以包括光电装置PD、第一光电门PGA和第二光电门PGB。此外，像素P(i,j)可以包括第一传输晶体管TG1、第二传输晶体管TG2、第一复位晶体管RG1、第二复位晶体管RG2、第一源极跟随器S/F1、第二源极跟随器S/F2、第一选择晶体管SEL1和第二选择晶体管SEL2。
光电装置PD可以是将入射光转换为电荷的装置。光电装置PD可以与第一光电门PGA和第二光电门PGB相关地将光转换为电信号。
具体地，光电装置PD可以感测光。光电装置PD从感测光产生电子-空穴对。通过施加到第一光电门PGA的栅极电压形成耗尽区域，电子-空穴对中的电子和空穴通过耗尽区域分离，电子积累在第一光电门PGA下方。
第一传输晶体管TG1具有连接到第一光电门PGA的漏极以及连接到第一浮置扩散区域FD1的源极。第一传输晶体管TG1响应于栅极电压而传输位于第一光电门PGA下方的电子。第一传输晶体管TG1响应于栅极信号使第一光电门PGA和第一浮置扩散区域FD1电连接或电断开。
第一源极跟随器S/F1具有连接至第一浮置扩散区域FD1的栅极、连接至电源电压VDD的漏极和连接至第一选择晶体管SEL1的源极。第一源极跟随器S/F1的源极端子的电压由第一浮置扩散区域FD1的电压确定。第一浮置扩散区域FD1的电压由从第一光电门PGA传输的电子量确定。
第一选择晶体管SEL1具有连接至行控制信号的栅极、连接至第一源极跟随器S/F1的源极的漏极以及连接至像素阵列10中的输出线的源极。
第一复位晶体管RG1具有连接至电源电压VDD的漏极以及经由第一传输晶体管TG1连接至第一浮置扩散区域FD1的源极。在基于第一浮置扩散区域FD1的电压执行像素信息检测处理之后，当第一传输晶体管TG1处于导通状态并且第一复位信号在第一复位晶体管RG1的栅极处被激活时，第一复位晶体管RG1将第一浮置扩散区域FD1的电压复位为电源电压VDD。
当光电装置PD感测光时，通过施加到第二光电门PGB的栅极电压形成耗尽区域，电子-空穴对中的电子和空穴通过耗尽区域分离，电子积累在第二光电门PGB下方。
第二传输晶体管TG2具有连接至第二光电门PGB的漏极以及连接至第二浮置扩散区域FD2的源极。第二传输晶体管TG2响应于栅极电压传输位于第二光电门PGB下方的电子。第二传输晶体管TG2响应于栅极信号使第二光电门PGB和第二浮置扩散区域FD2电连接或电断开。
第二源极跟随器S/F2具有连接至第二浮置扩散区域FD2的栅极、连接至电源电压VDD的漏极和连接至第二选择晶体管SEL2的源极。第二源极跟随器S/F2的源极端子的电压根据第二浮置扩散区域FD2的电压确定。第二浮置扩散区域FD2的电压由从第二光电门PGB传输的电子量确定。
第二选择晶体管SEL2具有连接至行控制信号的栅极、连接至第二源极跟随器S/F2的源极的漏极和连接至像素阵列10中的输出线的源极。
第二复位晶体管RG2具有连接至电源电压VDD的漏极和经由第二传输晶体管TG2连接至第二浮置扩散区域FD2的源极。在基于第二浮置扩散区域FD2的电压执行像素信息检测处理之后，当第二传输晶体管TG2处于导通状态并且第二复位信号在第二复位晶体管RG2的栅极处激活时，第二复位晶体管RG2将第二浮置扩散区域FD2的电压复位为电源电压VDD。
可以以与图3不同的形式配置根据一些实施例的图像传感器的像素P(i,j)。
图4是根据实施例的3D图像传感器的像素区域的等效电路图。
参照图4，第一复位晶体管RG1可以连接在第一源极跟随器S/F1与第一传输晶体管TG1之间，并且不连接在第一光电门PGA与第一传输晶体管TG1之间。
类似地，第二复位晶体管RG2可以连接在第二源极跟随器S/F2与第二传输晶体管TG2之间，并且不连接在第二光电门PGB与第二传输晶体管TG2之间。
也就是说，根据一些实施例的3D图像传感器的像素P(i,j)可以以用于产生相同结果的各种电路形式配置。
参照图2至图4，输入Vin可以包括电源电压VDD和每个晶体管的栅极电压。即，第一光电门PGA、第一传输晶体管TG1、第一复位晶体管RG1、第一选择晶体管SEL1、第二光电门PGB、第二传输晶体管TG2、第二复位晶体管RG2和第二选择晶体管SEL2的各栅极电压可以全部包括在输入Vin中。
输出Vout可以包括第一输出VOUTA和第二输出VOUTB。
图5是用于解释根据实施例的图像传感器的相位采样的曲线图。在图5中，水平轴表示时间，竖直轴表示亮度。在图5的曲线图中示出脉冲信号L1和反射的脉冲信号L2的示例。
参照图1和图5，为了计算到物体O的距离，可以在脉冲信号L1的相位为0度、90度、180度和270度的四个点t1、t2、t3和t4处对反射的脉冲信号L2进行采样。可以分别在四个点t1、t2、t3和t4处测量A0、A1、A2和A3的值。
在图5的曲线图中，第一测量值M1可以提供精度信息。此外，第二测量值M2可以提供亮度信息。最后，第三测量值M3可以提供距离信息。
利用在四个点t1、t2、t3和t4处的A0、A1、A2和A3的值、第一测量值M1、第二测量值M2和第三测量值M3，根据实施例的3D图像传感器可以获得物体O的彩色信息和距离信息两者。
图6是根据实施例的图像传感器的底视图。
参照图6，根据一些实施例的图像传感器可以包括第一像素区域P1。这里，第一像素区域P1可以是多个排列的像素中的任意一个。
第一像素区域P1可以包括四个透镜，诸如四个微透镜170。然而，这是非限制性示例。即，根据一些实施例的图像传感器可以包括两个或更多个透镜/微透镜，透镜/微透镜的数量可以变化。
微透镜170可以包括第一微透镜170a、第二微透镜170b、第三微透镜170c和第四微透镜170d。
第一微透镜170a和第二微透镜170b可以在第一方向X上排列。第三微透镜170c和第四微透镜170d也可以在第一方向X上排列。
此外，第一微透镜170a和第三微透镜170c可以在第二方向Y上排列。第二微透镜170b和第四微透镜170d可以在第二方向Y上排列。
这里，第一方向X可以是与第二方向Y垂直的方向。第三方向Z可以是与第一方向X和第二方向Y两者垂直的方向。因此，第一方向X、第二方向Y和第三方向Z可以彼此正交。
图7是沿图6的线A-A'截取的剖视图。
参照图7，根据一些实施例的图像传感器可以包括基底100、光电装置120、掺杂阱110、光电门130、浅沟槽隔离(STI)层140、绝缘层150、平坦化层160和微透镜170。
基底100包括彼此相对的第一表面101和第二表面102。基底100的第一表面101可以是但不限于基底100的前侧，基底100的第二表面102可以是但不限于基底100的背侧。
基底100可以是例如P型或N型体基底，并且可以通过在P型体基底上生长P型或N型外延层形成或者可以通过在N型体基底上生长P型或N型外延层形成。基底100也可以是有机塑料基底，而不是半导体基底。
光电装置120可以与图3的光电装置PD对应。光电装置120可以利用第一光电门130a和第二光电门130b将入射光转换为电荷。第一光电门130a和第二光电门130b可以构造为响应于入射光产生电荷。
掺杂阱110可以形成在基底100的第一表面101中。掺杂阱110可以通过向基底100掺杂P型或N型杂质来形成。可以形成掺杂阱110来形成晶体管的源极和漏极。
光电门130可以形成在光电装置120上。光电门130可以包括第一光电门130a和第二光电门130b。光电门130可以利用光电装置120将入射光转换为电荷。由光电门130产生的电荷可以通过图3和图4中示出的元件处理为电信号。
STI层140可以掩埋在第一表面101中以隔离装置。也就是说，在第一表面101中形成的多个晶体管可以通过STI层140彼此分离以单独操作。STI层140可以，但不必然，形成在掺杂阱110上。
绝缘层150可以形成在基底100的第二表面102上。绝缘层150可以包括具有比基底100的材料低的介电常数的低介电常数材料。低介电常数材料的示例包括，但不限于，可流动氧化物(FOX)、东燃硅氧烷(Tonen SilaZene，TOSZ)、无掺杂二氧化硅玻璃(USG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、等离子体增强原硅酸四乙酯(PETEOS)、氟化物硅酸盐玻璃(FSG)、碳掺杂有机硅氧化物(CDO)、干凝胶、气凝胶、非晶氟化碳、有机硅玻璃(OSG)、聚对二甲苯、双苯并环丁烯(BCB)、丝绸、聚酰亚胺、多孔聚合物材料以及上述材料的组合。
绝缘层150可以用作减少入射光的反射或使入射光的反射最小化的抗反射层。即，入射光包含透射和反射成分两者，反射成分可以被最小化/减少以提高图像传感器的量子效率。因此，绝缘层150可以使反射成分最小化或减少反射成分，从而提高图像传感器的量子效率。
平坦化层160可以形成在绝缘层150上。平坦化层160可以包括例如氧化硅类材料、氮化硅类材料、树脂和这些材料的组合中的至少一种。尽管平坦化层160示出为单层，但是这仅是用于便于理解的示例，平坦化层160不限于单层。
平坦化层160可以在形成微透镜170之前使绝缘层150的表面平坦化。此外，平坦化层160可以形成为在使除了像素区域之外的区域图案化的工艺期间保护像素区域。
微透镜170可以形成在平坦化层160上。微透镜170可以如附图所示地向上突出(即，从平坦化层160凸出)。微透镜170的突出形状可以使入射光聚焦在第一像素区域P1上。
微透镜170可以由诸如光致抗蚀剂(PR)的有机材料制成。可选地，微透镜170可以利用无机材料形成。利用有机材料形成微透镜170可以通过如下步骤实现：在平坦化层160上形成有机材料图案并且对有机材料图案执行热处理以形成微透镜170。有机材料图案可以通过热处理改变为微透镜170。
微透镜170可以设置为多个。由于根据一些实施例的图像传感器在每个像素中包括两个或更多个光电门130，因此其可以具有相对大的像素。因此，为了在每个像素中/上放置一个微透镜170，微透镜170的尺寸会增大。然而，当微透镜170形成得大时，会难以保持微透镜170的曲率。因此，在第一像素区域P1中形成一个微透镜170以覆盖基底100的全部第二表面102会提高生产成本且降低量子效率。
因此，根据一些实施例的图像传感器可以在一个像素中/上具有两个或更多个微透镜170。例如，第一微透镜170a和第二微透镜170b可以共用同一个像素，诸如包括第一像素区域P1的像素。因此，第一微透镜170a和第二微透镜170b可以设置在平坦化层160上。第一微透镜170a和第二微透镜170b可以收集入射光并且将收集的光朝着(例如，朝向)光电装置120和光电门130传导/传输(例如，透射)。
现在将参照图8和图9描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图8是根据实施例的图像传感器的底视图，图9是沿图8的线B-B'截取的剖视图。
参照图8和图9，根据一些实施例的图像传感器还可以包括深沟槽185和第一深沟槽隔离(DTI)层180。
深沟槽185可以在从基底100的第二表面102朝向第一表面101的方向上形成。深沟槽185可以在第二表面102上暴露，而不在第一表面101上暴露。深沟槽185可以具有锥形或倾斜侧的表面。因此，深沟槽185在第一方向X上的宽度可以朝向第二表面102增大，但是这是非限制性示例。
第一DTI层180可以位于深沟槽185中。例如，第一DTI层180可以完全填充深沟槽185。
由于第一DTI层180可以完全填充深沟槽185，因此，其可以限定第一像素区域P1。具体地，第一DTI层180可以位于第一像素区域P1的边缘(例如，周界)上，例如，第一DTI层180可以覆盖第一像素区域P1的边缘(例如，周界)。因此，第一像素区域P1可以限定在第一DTI层180内部。
第一DTI层180可以形成在与形成上述STI层140的方向不同的方向上并且可以形成得远比STI层140更深(尽管形成在不同的方向上)。
第一DTI层180可以与绝缘层150(图7)一体形成。即，可以通过同一工艺形成第一DTI层180和设置在第二表面102上的绝缘层150。用于形成绝缘层150的材料可以位于深沟槽185中(例如，可以完全填充深沟槽185)，并且可以形成在基底100的第二表面102上以形成绝缘层150。因此，绝缘层150和第一DTI层180可以包括相同的材料。例如，第一DTI层180可以包括上述低介电常数材料。
在根据一些实施例的图像传感器中，也可以不形成(即，可以省略)绝缘层150或者可以通过与用于第一DTI层180的工艺不同的工艺形成绝缘层150。此外，绝缘层150和第一DTI层180可以由不同的材料制成。
第一DTI层180可以用作抗反射层。即，第一DTI层180可以通过限制入射光的分量从第一像素区域P1移动至其他像素区域来减少像素区域之间的串扰。此外，与绝缘层150类似，第一DTI层180可以使入射光的侧反射分量和侧折射分量聚集到光电装置120上。
现在将参照图10描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图10是根据实施例的图像传感器的剖视图。
参照图10，根据一些实施例的图像传感器可以包括第二DTI层180_1。
第二DTI层180_1可以包括第一固定电荷层181和第一抗反射层182。此外，绝缘层150可以包括第二固定电荷层151和第二抗反射层152。
第一固定电荷层181可以形成在深沟槽185的形成有第二DTI层180_1的表面(侧表面和底表面)上。第二固定电荷层151可以形成在基底100的第二表面102上。第一固定电荷层181和第二固定电荷层151可以通过同一工艺一体形成。即，第一固定电荷层181和第二固定电荷层151可以彼此连接并且可以沿着包括深沟槽185的基底100的第二表面102形成。
当形成在第一像素区域P1中的光电装置120具有N型时，第一固定电荷层181和第二固定电荷层151可以形成为具有P+型。即，第一固定电荷层181和第二固定电荷层151可以通过减少在基底100的第二表面102处热产生的电子-空穴对来减少暗电流。在一些情况下，可以省略第一固定电荷层181和第二固定电荷层151。
第一固定电荷层181和第二固定电荷层151可以包括例如，金属氧化层或金属氮化层，金属可以是铪(Hf)、铝(Al)、锆(Zr)、钽(Ta)或钛(Ti)。此外，第一固定电荷层181和第二固定电荷层151可以包括镧(La)、镨(Pr)、铈(Ce)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)和钇(Y)中的至少一种。另外，第一固定电荷层181和第二固定电荷层151可以由氮氧化铪或氮氧化铝制成。
第一固定电荷层181和第二固定电荷层151可以通过原子层沉积(ALD)沉积为均匀厚度。因此，第一固定电荷层181和第二固定电荷层151可以沿着深沟槽185的侧表面和底表面以及基底100的第二表面102共形地形成。
虽然第一固定电荷层181和第二固定电荷层151中的每个在附图中示出为单层，但是其可以具有由相同或不同材料制成的两层或更多层的层压结构。例如，第一固定电荷层181和第二固定电荷层151中的每个可以具有双层结构，所述双层结构包括沿深沟槽185的侧表面和底表面形成的第一金属氧化层以及形成在第一金属氧化层上的第二金属氧化层。这里，第一金属氧化层和第二金属氧化层可以包括不同金属。例如，第一金属氧化层可以包括氧化铝(AlO)，第二金属氧化层可以包括氧化钽(TaO)。
第一抗反射层182和第二抗反射层152可以分别形成在第一固定电荷层181和第二固定电荷层151上。第一抗反射层182可以位于深沟槽185中(例如，可以填充深沟槽185)。第二抗反射层152可以沿第二固定电荷层151的表面形成在基底100的第二表面102上。
第一抗反射层182和第二抗反射层152防止/抑制从图像传感器的外部入射的光的反射。第一抗反射层182和第二抗反射层152可以包括具有与第一固定电荷层181和第二固定电荷层151的材料的折射率不同的折射率的材料。例如，第一抗反射层182和第二抗反射层152可以由诸如氧化硅层、氮化硅层、氧氮化硅层、树脂、这些材料的组合、或这些材料的叠层的绝缘层制成。
由第一固定电荷层181和第二固定电荷层151以及第一抗反射层182和第二抗反射层152构成的双层结构可以由于不同折射率而执行抗反射功能。因此，可以防止/抑制入射在基底100的第二表面102上的光的反射。
第一抗反射层182和第二抗反射层152可以基于在光学处理中使用的光的波长而具有不同的材料/厚度。例如，第一抗反射层182和第二抗反射层152可以通过层压具有约50至200埃的厚度的氧化硅层和具有约300至的厚度的氮化硅层来形成。
现在将参照图11来描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图11是根据实施例的图像传感器的剖视图。
参照图11，根据一些实施例的图像传感器的第三DTI层180_2可以包括空隙186。
空隙186可以形成在第一抗反射层182内侧。空隙186的形成可以由形成第一抗反射层182的材料的间隙填充能力确定。
也就是说，由于深沟槽185窄，因此在第一抗反射层182没有完全填充深沟槽185时会形成空隙186。因此，如果深沟槽185足够宽或者形成第一抗反射层182的材料的间隙填充能力足够好，则可以不形成空隙186。
由于空隙186包括具有最低介电常数的空气，因此其可以极大增强第一抗反射层182的低介电常数特性。因此，根据一些实施例的图像传感器可以具有较高的抗反射效果和较高的量子效率。
现在将参照图12和图13描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图12是根据实施例的图像传感器的底视图，图13是沿图12的线C-C'截取的剖视图。
参照图12和图13，根据一些实施例的图像传感器包括散射结构，诸如中心DTI层190。
中心DTI层190可以位于第一像素区域P1内部。中心DTI层190可以与第一DTI层180的形式相似。
中心DTI层190可以具有但不必然具有锥形侧表面。中心DTI层190可以通过绝缘层150连接至第一DTI层180。因此，中心DTI层190、第一DTI层180和/或绝缘层150可以包括同一层的各个部分。即，中心DTI层190、第一DTI层180和绝缘层150可以通过同一工艺一体形成，但是这是非限制性示例。
中心DTI层190可以包括与绝缘层150和第一DTI层180的材料相同的材料。即，中心DTI层190可以包括上述低介电常数材料。
中心DTI层190可以比第一DTI层180浅。这可能是由于第一DTI层180的用于使第一像素区域P1与其他像素区域分离的功能与中心DTI层190的用于使入射光散射的功能之间的区别造成的。
换言之，入射光可以被中心DTI层190散射。即，由于多个微透镜形成在根据一些实施例的图像传感器的一个像素区域中，所以光可以不聚焦在一点上，而是聚焦在多个点上。在这种情况下，入射光可以被散射以使入射光的有效穿透深度减小，从而提高光聚集效率。
如图12中所示，中心DTI层190和第一DTI层180也可以在水平方向上彼此接触以形成交叉形状。由于可以通过利用相似的图案化工艺形成第一DTI层180和中心DTI层190来形成此形状，可以减少工艺成本。
现在将参照图14描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图14是根据实施例的图像传感器的剖视图。
参照图14，根据一些实施例的图像传感器的中心DTI层190可以包括第一中心DTI层191和第二中心DTI层192。
第一中心DTI层191可以具有与第一DTI层180相同的(距离基底100的第二表面102的)第一深度d1。第二中心DTI层192可以具有比第一深度d1小的(距离第二表面102的)第二深度d2。
第一中心DTI层191位于微透镜170的边界处以防止/抑制侧泄漏，使得入射光可以被每个微透镜170聚集。
第二中心DTI层192可以用于使入射在每个微透镜170上/通过每个微透镜170入射的光散射。因此，根据一些实施例的图像传感器的量子效率可以显著提高。
此外，由于第一中心DTI层191具有与第一DTI层180相同的深度，因此其可以与第一DTI层180同时形成。因此，工艺成本的增加不会大。
现在将参照图15描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图15是根据实施例的图像传感器的底视图。
参照图15，根据一些实施例的图像传感器的中心DTI层190_1可以在水平平面中与第一DTI层180分离。
由于中心DTI层190_1在水平面中与第一DTI层180分离，因此基底100的入射光经由其透射的第二表面102的面积可以相对大。因此，可以进一步提高通过中心DTI层190_1散射的入射光的吸收效率。
此外，由于中心DTI层190_1为十字形状，因此形成中心DTI层190_1的工艺不会难。此外，由于多个中心DTI层190_1以行和列排列，因此被散射的入射光可以均匀入射在第一像素区域P1上。
现在将参照图16描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图16是根据实施例的图像传感器的底视图。
参照图16，根据一些实施例的图像传感器的中心DTI层190_2可以包括栅格DTI层193和十字DTI层194。
栅格DTI层193可以和第一DTI层180一起在水平面中形成栅格形状。栅格DTI层193可以在水平面中与第一DTI层180接触。因此，第一像素区域P1可以划分为分别与微透镜170对应的多个区域。因此，入射光可以更有效地聚焦。
十字DTI层194可以是十字形状并且可以设置在第一像素区域P1通过栅格DTI层193划分的区域中的每个区域的中心处。十字DTI层194可以使入射在每个微透镜170上/通过每个微透镜170入射的光散射，从而提高根据一些实施例的图像传感器的量子效率。
由于十字DTI层194在水平面中与第一DTI层180和栅格DTI层193分离，因此基底100的通过其透射入射光的第二表面102的面积可以相对大。因此，可以进一步提高被散射的入射光的吸收效率。
此外，由于栅格DTI层193和十字DTI层194分别形成为栅格形状和十字形状，因此形成栅格DTI层193和十字DTI层194的工艺可以不难。此外，由于栅格DTI层193和十字DTI层194对齐(例如，对称布置)，因此被散射的入射光可以均匀地入射在第一像素区域P1上。
现在将参照图17和图18描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图17是根据实施例的图像传感器的底表面，图18是沿图17的线D-D'截取的剖视图。
参照图17和图18，根据一些实施例的图像传感器可以包括金字塔结构200。
金字塔结构200可以在从基底100的第二表面102朝向第一表面101的方向上形成。金字塔结构200可以具有与第二表面102相同的上表面，并且可以具有朝向第一表面101的尖的形状。
金字塔结构200可以使入射在微透镜170上/通过微透镜170入射的光散射。因此，可以通过被散射的入射光来提高根据一些实施例的图像传感器的量子效率。
金字塔结构200可以设置为多个。具体地，金字塔结构200可以包括第一金字塔结构200a、第二金字塔结构200b、第三金字塔结构200c和第四金字塔结构200d。然而，金字塔结构200的数量不固定为四个而可以变化。在图18中，为了便于描述假设金字塔结构200的数量是四个。
第一金字塔结构200a和第二金字塔结构200b可以与第一微透镜170a垂直叠置。相似地，第三金字塔结构200c和第四金字塔结构200d可以与第二微透镜170b垂直叠置。
即，第一金字塔结构200a和第二金字塔结构200b可以使入射在第一微透镜170a上/通过第一微透镜170a入射的光散射，第三金字塔结构200c和第四金字塔结构200d可以使入射在第二微透镜170b上/通过第二微透镜170b入射的光散射。
由于金字塔结构200具有比沟槽结构小的深度，因此形成金字塔结构200的工艺可以在难度上降低。此外，由于其形状，金字塔结构200可以具有比其他结构高的散射效率。
现在将参照图19描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图19是根据实施例的图像传感器的剖视图。
参照图19，根据一些实施例的图像传感器包括倒金字塔结构210。
倒金字塔结构210可以形成为从基底100的第二表面102突出。倒金字塔结构210可以形成在绝缘层150上。倒金字塔结构210可以具有与第二表面102相同的下表面，倒金字塔结构210的突出部分可以具有尖形状。
平坦化层160可以形成在倒金字塔结构210上。例如，平坦化层160可以覆盖整个倒金字塔结构210以提供平坦的上表面。微透镜170可以设置在平坦上表面上。
倒金字塔结构210可以包括具有与基底100的介电常数不同的介电常数的材料。因此，倒金字塔结构210可以使入射在微透镜170上/通过微透镜170入射的光散射。因此，可以通过被散射的入射光来提高根据一些实施例的图像传感器的量子效率。
倒金字塔结构210可以设置为多个。具体地，倒金字塔结构210可以包括第一倒金字塔结构210a、第二倒金字塔结构210b、第三倒金字塔结构210c和第四倒金字塔结构210d。然而，倒金字塔结构210的数量不固定为四个而可以变化。在图19中，为了便于描述假设倒金字塔结构210的数量是四个。
第一倒金字塔结构210a和第二倒金字塔结构210b可以与第一微透镜170a垂直叠置。相似地，第三倒金字塔结构210c和第四倒金字塔结构210d可以与第二微透镜170b垂直叠置。
也就是说，第一倒金字塔结构210a和第二倒金字塔结构210b可以使入射在第一微透镜170a上/通过第一微透镜170a入射的光散射，第三倒金字塔结构210c和第四金字塔结构210d可以使入射在第二微透镜170b上/通过第二微透镜170b入射的光散射。
由于倒金字塔结构210形成在第二表面102上，因此不必须蚀刻基底100并且可以确保有效传输长度。因此，可以提高图像传感器的量子效率。此外，由于每个倒金字塔结构210的尖部形成为面对入射光，因此可以进一步提高散射效率。
现在将参照图20描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图20是根据实施例的图像传感器的剖视图。
参照图20，根据一些实施例的图像传感器可以包括微透镜171。
微透镜171可以包括第一微透镜171a、第二微透镜171b和第三微透镜171c。
第一微透镜171a和第三微透镜171c可以是相同的尺寸。另一方面，第二微透镜171b可以比第一微透镜171a和第三微透镜171c大。具体地，第二微透镜171b的水平面积可以比第一微透镜171a的水平面积和第三微透镜171c的水平面积大。
第二微透镜171b可以设置为比第一微透镜171a和第三微透镜171c靠近第一像素区域P1的中心。因此，通过相对大的第二微透镜170b，可以增强根据实施例的图像传感器的中心部分中的光聚集。
由于其上入射最大量光的中心部分中的光聚集增强，因此可以进一步提高根据一些实施例的图像传感器的量子效率。
现在将参照图21描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图21是根据实施例的图像传感器的底视图。
参照图21，根据一些实施例的图像传感器可以包括第三中心DTI层195和微透镜172。
第三中心DTI层195可以是十字形状并且可以设置为分别与第一像素区域P1的四个顶点和中心相邻。尽管附图中示出五个第三中心DTI层195，但由于第三中心DTI层195的数量通过与微透镜172的位置对应(例如，一一对应)来确定，因此第三中心DTI层195的数量可以根据微透镜172的数量而变化。
微透镜172可以包括第一微透镜172a、第二微透镜172b、第三微透镜172c、第四微透镜172d和第五微透镜172e。第一微透镜172a、第二微透镜172b、第四微透镜172d和第五微透镜172e可以是相同尺寸。另一方面，第三微透镜172c可以比第一微透镜172a、第二微透镜172b、第四微透镜172d和第五微透镜172e大。
第一微透镜172a、第二微透镜172b、第四微透镜172d和第五微透镜172e可以与设置为邻近于第一像素区域P1的顶点的第三中心DTI层195叠置以促进入射光的散射。第三微透镜172c可以与位于第一像素区域P1的中心处的第三中心DTI层195叠置以促进入射光的散射。
由于在此非限制性示例中位于中心处的第三微透镜172c是最大的，因此可以增强中心部分中的光聚集，从而提高量子效率。
现在将参照图22描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图22是根据实施例的图像传感器的底视图。
参照图22，根据一些实施例的图像传感器可以包括第四中心DTI层196和微透镜173。
第四中心DTI层196可以是十字形状并且可以与第一像素区域P1的四个顶点相邻设置。此外，第四中心DTI层196可以在第一方向X上形成一行以经过第一像素区域P1的中心。尽管在附图中示出了七个第四中心DTI层196，但是第四中心DTI层196的数量可以变化。
微透镜173可以包括第一微透镜173a、第二微透镜173b、第四微透镜173d、第五微透镜173e和第三微透镜173c。第一微透镜173a、第二微透镜173b、第四微透镜173d和第五微透镜173e可以具有相同尺寸。另一方面，第三微透镜173c可以比第一微透镜173a、第二微透镜173b、第四微透镜173d和第五微透镜173e大。具体地，第三微透镜173c可以在第一方向X上延伸以在第一方向X上位于第一像素区域P1的多个/全部侧边上(例如，覆盖第一像素区域P1的多个/全部侧边)。
第一微透镜173a、第二微透镜173b、第四微透镜173d和第五微透镜173e可以与邻近于第一像素区域P1的顶点的第四中心DTI层196叠置以促进入射光的散射。第三微透镜173c可以与位于第一像素区域P1的中心处的三个第四中心DTI层196叠置以促进入射光的散射。
由于在此非限制性示例中位于中心处的第三微透镜173c在第一方向X上延伸，因此入射光聚集的区域从中心部分扩展到从中心延伸至第一像素区域P1的每侧的部分。这可以带来非常高的量子效率。
现在将参照图23描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图23是根据实施例的图像传感器的剖视图。
参照图23，根据一些实施例的图像传感器可以包括第四DTI层180_3。
第四DTI层180_3可以穿过基底100以暴露在基底100的第一表面101和第二表面102两者上。例如，第四DTI层180_3可以在第三方向Z上从第一表面101(例如，与第一表面101共面)的水平到第二表面102(例如，与第二表面102共面)的水平连续延伸。因此，第四DTI层180_3可以接触STI层140，但是这是非限制性示例。
第四DTI层180_3可以是完整的DTI层并且完全阻断第一像素区域P1与其他像素区域之间的串扰。因此，其减小了像素区域之间的干扰/使像素区域之间的干扰最小化，从而提高图像传感器的输出的可靠性。
现在将参照图24描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图24是根据实施例的图像传感器的剖视图。
参照图24，根据一些实施例的图像传感器可以包括第五DTI层180_4。
第五DTI层180_4可以在从基底100的第一表面101朝向第二表面102的方向上形成并且可以不在第二表面102上暴露。因此，第五DTI层180_4可以接触STI层140，但是这是非限制性示例。
第五DTI层180_4可以具有锥形或倾斜的侧表面。因此，第五DTI层180_4在第一方向X上的宽度可以朝向第一表面101增大，但这是非限制性示例。
第五DTI层180_4可以是前侧DTI层并且可以增强形成在第一表面101上的元件的隔离。因此，形成在第一表面101上的元件的操作精度可以提高，因此可以提高图像传感器的输出的可靠性。
现在将参照图25描述根据实施例的图像传感器。可以简化或省略与前面描述的元件和特征相同的元件和特征的描述。
图25是根据实施例的图像传感器的剖视图。
参照图25，根据一些实施例的图像传感器可以包括第六DTI层180_5。
第六DTI层180_5可以包括前侧DTI层183和背侧DTI层184。
前侧DTI层183形成在从第一表面101朝向第二表面102的方向上并且可以不暴露在第二表面102上。因此，前侧DTI层183在第一方向X上的宽度可以朝向第一表面101增大，但是这是非限制性示例。
背侧DTI层184形成在从第二表面102朝向第一表面101的方向上并且可以不暴露在第一表面101上。因此，背侧DTI层184在第一方向X上的宽度可以朝向第二表面102增大，但是这是非限制性示例。
由于第六DTI层180_5具有前侧DTI层183和背侧DTI层184两者，因此其可以增强形成在第一表面101上的元件的隔离并且减少第一像素区域P1和其他区域之间的串扰。
已经参照附图描述了跟公开的一些实施例，但是本领域普通技术人员将理解的是在不脱离由权利要求限定的范围的情况下可以在其中做出形式和细节上的各种改变。另外，上述实施例仅是示例并且不限制范围。

Claims (20)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
基底，包括像素区域、第一表面和与第一表面相对的第二表面；
第一光电门和第二光电门，位于第一表面上并且构造为响应于像素区域中的入射光产生电荷；
第一微透镜和第二微透镜，共用包括像素区域的像素，位于第二表面上并且构造为使入射光朝向第一光电门和第二光电门传输。
2.如权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括沟槽隔离层，所述沟槽隔离层位于像素区域的边缘处以限定像素区域。
3.如权利要求2所述的图像传感器，所述图像传感器还包括散射结构，所述散射结构在像素区域中位于第二表面上并且构造为使入射光散射，
其中，图像传感器包括三维图像传感器。
4.如权利要求3所述的图像传感器，其中，散射结构包括中心沟槽隔离层，所述中心沟槽隔离层在像素区域中从第二表面朝向第一表面延伸。
5.如权利要求4所述的图像传感器，
其中，中心沟槽隔离层包括第一中心沟槽隔离层和第二中心沟槽隔离层，
其中，第一中心沟槽隔离层从第二表面朝向第一表面的第一深度比第二中心沟槽隔离层从第二表面朝向第一表面的第二深度深。
6.如权利要求4所述的图像传感器，其中，中心沟槽隔离层和沟槽隔离层分别包括同一层的第一部分和第二部分。
7.如权利要求3所述的图像传感器，其中，散射结构包括金字塔结构。
8.如权利要求7所述的图像传感器，其中，金字塔结构从第二表面突出。
9.如权利要求3所述的图像传感器，其中，散射结构的介电常数与基底的介电常数不同。
10.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
基底，包括像素区域、第一表面和与第一表面相对的第二表面；
第一光电门和第二光电门，位于第一表面上并且构造为响应于像素区域中的入射光产生电荷；
沟槽隔离层，限定像素区域；
第一散射结构和第二散射结构，构造为使像素区域中的入射光散射；
第一透镜和第二透镜，位于第二表面上并且构造为使入射光传输到像素区域中，
其中，第一散射结构和第一透镜彼此垂直叠置，第二散射结构和第二透镜彼此垂直叠置。
11.如权利要求10所述的图像传感器，
其中，第一透镜和第二透镜分别包括第一微透镜和第二微透镜，
其中，第一微透镜比第二微透镜大。
12.如权利要求11所述的图像传感器，其中，第一微透镜比第二微透镜靠近像素区域的中心。
13.如权利要求10所述的图像传感器，
其中，第一透镜和第二透镜分别包括第一微透镜和第二微透镜，
其中，第一微透镜和第二微透镜为相同尺寸。
14.如权利要求10所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：第三透镜，位于第二表面上并构造为将入射光传输到像素区域中，其中，第一透镜位于第二透镜与第三透镜之间。
15.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
基底，包括像素区域、第一表面和与第一表面相对的第二表面；
第一光电门和第二光电门，位于第一表面上并且构造为响应于像素区域中的入射光产生电荷；
浅沟槽隔离层，在像素区域中在从第一表面朝向第二表面的方向上延伸第一距离；
深沟槽隔离层，限定像素区域并在所述方向上延伸第二距离，其中，第二距离比第一距离长；
第一透镜和第二透镜，位于第二表面上并且构造为使入射光传输到像素区域中。
16.如权利要求15所述的图像传感器，其中，深沟槽隔离层从第一表面的水平到第二表面的水平连续延伸。
17.如权利要求15所述的图像传感器，其中，深沟槽隔离层包括前侧深沟槽隔离层，所述前侧深沟槽隔离层从第一表面的水平朝向第二表面的水平延伸并且与第二表面的水平分离。
18.如权利要求17所述的图像传感器，其中，深沟槽隔离层包括背侧深沟槽隔离层，所述深沟槽隔离层从第二表面的水平朝向第一表面的水平延伸，其中，前侧深沟槽隔离层和背侧深沟槽隔离层彼此分离。
19.如权利要求15所述的图像传感器，其中，所述深沟槽隔离层包括背侧深沟槽隔离层，所述背侧深沟槽隔离层从第二表面的水平朝向第一表面的水平延伸并且与第一表面的水平分离。
20.如权利要求15所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
第一散射结构和第二散射结构，在像素区域中位于第二表面上并且构造为使入射光散射；
光电装置，位于第一光电门和第二光电门与第一透镜和第二透镜之间，
其中，第一透镜延伸横跨第一散射结构以及光电装置的第一部分，
其中，第二透镜延伸横跨第二散射结构以及光电装置的第二部分。
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