CN110993628A - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一基底；第一结构，位于第一基底的前表面上，第一结构包括围绕第一导电层的第一层间绝缘层；第二基底；第二结构，位于第二基底的面对第一基底的前表面的前表面上，第二结构包括第二层间绝缘层，第二层间绝缘层结合到第一层间绝缘层；有机光电层，位于第二基底的后表面上；以及通路电极结构，穿过第二基底和第二结构与第一导电层接触，通路电极结构包括位于通路电极结构中的气隙。

Description

图像传感器
本申请要求于2018年10月2日在韩国知识产权局提交的第10-2018-0117873号韩国专利申请的权益，所述韩国专利申请的公开通过引用全部包含于此。
技术领域
发明构思涉及一种图像传感器，更具体地，涉及一种包括后通路堆叠(back viastack)的图像传感器。
背景技术
拍摄图像并且将图像转换成电信号的图像传感器不仅用在诸如数码相机、安装在移动电话上的相机和便携式摄像机的消费电子装置中，而且用在安装在汽车、安全装置和机器人中的相机中。由于图像传感器在需要高分辨率的同时在尺寸上日益减小，因此正在研究包括有机光电层的图像传感器以减小像素尺寸。
在传统的包括有机光电层的图像传感器中，诸如负性光致抗蚀剂的具有相对好的台阶覆盖性(step coverage)的材料可用于填充通路电极结构的通路电极孔的内部区域。然而，因为负性光致抗蚀剂易受高温影响，所以填充通路电极孔的内部区域的材料在执行随后的高温工艺时会被污染，这会降低传统的图像传感器的生产率和可靠性。
发明内容
发明构思涉及一种包括有机光电层的图像传感器，所述图像传感器通过包括具有位于其中的气隙的后通路堆叠以基本上防止(限制或减少)污染而具有改善的生产率和可靠性，否则会由后通路堆叠的用易受高温影响的材料填充的内部区域导致所述污染。
为了解决使用传统的图像传感器的上述问题，根据发明构思的示例实施例的图像传感器使用包括具有相对差的台阶覆盖性的材料的电极填充层以与气隙一起填充通路电极结构的通路电极孔的内部区域。由于通路电极孔用气隙和包封气隙的电极填充层来填充，因此不存在易受高温影响的材料，使得可在没有污染的情况下执行随后的高温工艺。因此，与上述传统的图像传感器相比，可改善包括有机光电层的图像传感器的生产率和可靠性。
根据发明构思的一些示例实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一基底；第一结构，位于第一基底的前表面上，第一结构包括围绕第一导电层的第一层间绝缘层；第二基底；第二结构，位于第二基底的面对第一基底的前表面的前表面上，第二结构包括第二层间绝缘层，第二层间绝缘层结合到第一层间绝缘层；有机光电层，位于第二基底的后表面上；以及通路电极结构，穿过第二基底和第二结构与第一导电层接触，通路电极结构包括位于通路电极结构中的气隙。
根据发明构思的一些示例实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一基底，包括元件区和第一通路电极区；第二基底，包括像素区和第二通路电极区；滤色器层，位于第二基底的像素区上；有机光电层，位于滤色器层上；以及通路电极结构，穿透第二基底的第二通路电极区，通路电极结构与第一基底的第一通路电极区接触，其中，通路电极结构包括：电极导电层，包括导电材料；以及电极填充层，围绕电极导电层，电极填充层包括绝缘材料和在电极填充层的中心部分处的气隙。
根据发明构思的一些示例实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：第一基底，包括第一通路电极区和包括逻辑器件的元件区；第一层间绝缘层，位于第一基底的前表面上，第一层间绝缘层包括第一通路电极区中的第一导电层；第二基底，包括第二通路电极区和包括光电转换元件的像素区；第二层间绝缘层，位于第二基底的面对第一基底的前表面的前表面上，第二层间绝缘层结合到第一层间绝缘层；底部透明电极层，位于第二基底的后表面上，底部透明电极层与光电转换元件对应；顶部透明电极层，位于第二基底的后表面上；有机光电层，位于顶部透明电极层与底部透明电极层之间；以及通路电极结构，穿透第二通路电极区中的第二基底和第二层间绝缘层以接触第一通路电极区中的第一导电层，通路电极结构包括位于通路电极结构中的气隙。
附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，将更清楚地理解发明构思的一些示例实施例，在附图中：
图1A是根据一些示例实施例的图像传感器的平面图；
图1B是沿图1A中的线B-B'截取的图像传感器的剖视图；
图2至图6分别是示出根据一些示例实施例的图像传感器的剖视图；
图7A至图7E是示出根据一些示例实施例的根据工艺顺序制造图像传感器的方法的剖视图；
图8是示出根据一些示例实施例的图像传感器的构造的框图；
图9是示出根据一些示例实施例的包括图像传感器的电子系统的框图；以及
图10是示出根据一些示例实施例的图像传感器应用于其的电子装置的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述发明构思的一些示例实施例。
图1A是根据一些示例实施例的图像传感器10的平面图，图1B是沿图1A中线B-B'截取的图像传感器10的剖视图。
参照图1A和图1B，图像传感器10可以包括布置有多个单元像素PX的像素区PA以及围绕像素区PA并且布置有多个通路电极结构250的通路电极区TA。
尽管通路电极区TA在图1A中被示出为围绕像素区PA，但是图像传感器10在平面图中的布局不限于此。
图像传感器10可包括第一基底110和第二基底210、形成在第一基底110的第一表面110a上的第一结构130以及形成在第二基底210的第一表面210a上的第二结构230。第一结构130和第二结构230可彼此结合，使得第一基底110的第一表面110a和第二基底210的第一表面210a彼此面对。
第一基底110可包括第一表面110a和第二表面110b，第二基底210可包括第一表面210a和第二表面210b。第一表面110a和210a可分别与第一基底110和第二基底210的前表面对应，第二表面110b和210b可分别与第一基底110和第二基底210的后表面对应。
第一基底110和第二基底210中的每个可包括被称为晶圆的半导体基底。第一基底110和第二基底210可包括例如硅(Si)的半导体材料。在一些其它示例实施例中，第一基底110和第二基底210可包括诸如锗(Ge)的半导体材料或诸如SiC、GaAs、InAs和/或InP的化合物半导体材料。
第一结构130可形成在第一基底110的第一表面110a上。第一结构130可包括形成在像素区PA中的不同水平上的第一布线层132(例如，第一布线层132a、132b等)、形成在通路电极区TA中的不同水平上的第一导电层134(例如，第一导电层134a、134b等)、使第一布线层132彼此连接并且使第一导电层134彼此连接的接触插塞136以及嵌入第一布线层132、第一导电层134和接触插塞136的第一层间绝缘层138。
在一些示例实施例中，第一基底110的像素区PA可与元件区对应。换句话说，用于控制图像传感器10的逻辑器件(未示出)可布置在第一基底110的元件区中。
第二结构230可形成在第二基底210的第一表面210a上。第二结构230可包括形成在像素区PA中的不同水平上的第二布线层232、形成在通路电极区TA中的不同水平上的第二导电层234、使第二导电层234彼此连接的接触插塞236以及嵌入第二布线层232、第二导电层234和接触插塞236的第二层间绝缘层238。
第一布线层132和第二布线层232、第一导电层134和第二导电层234以及接触插塞136和236可包括Cu、W、WN、Ta、Ti、TaN、TiN、Co、Mn、Al、AlN或它们的组合，但一些其它示例实施例不限于此。
多个光电转换元件214可布置在第二基底210的像素区PA中。光电转换元件214可布置在像素区PA中的单元像素PX中的每个中。在一些示例实施例中，光电转换元件214可包括光电二极管。
光电转换元件214可包括第一杂质区214a和第二杂质区214b。例如，第一杂质区214a可从第二基底210的第一表面210a深地形成至第二表面210b，第二杂质区214b可薄地形成在第二基底210的第一表面210a上。第一杂质区214a和第二杂质区214b可具有不同的导电类型。例如，第一杂质区214a可用n型杂质掺杂，第二杂质区214b可用p型杂质掺杂。
存储节点区216可布置成与光电转换元件214相邻(例如，接近、紧挨着、邻近)。存储节点区216可用例如n型杂质掺杂。存储节点区216可包括掺杂区。另外，存储节点区216可具有比光电转换元件214小的水平面积。
在第二结构230中，可形成接触存储节点区216并且延伸到第二结构230中的接触通路213以及与接触通路213接触的缓冲层215。缓冲层215可通过接触通路213电连接到存储节点区216。
在第二基底210的像素区PA中，第一通路孔222H可形成为从第二表面210b穿过第二基底210延伸至缓冲层215。通路绝缘层224可形成在第一通路孔222H的侧壁上。通路绝缘层224可包括例如氧化硅和/或氮化硅。第一通路孔222H可填充有第一通路插塞226。第一通路插塞226可基本上填充第一通路孔222H以接触通路绝缘层224。因此，第一通路插塞226可穿透第二基底210并且接触缓冲层215。
防反射层212可形成为平坦地覆盖第二基底210的第二表面210b的部分凹进部分。防反射层212可防止(限制或减少)从外部入射在第二基底210上的光的反射，并因此允许更多的光入射在光电转换元件214上。防反射层212可包括例如SiON、SiC、SiCN、SiCO等。
在第二基底210的第二表面210b上，滤色器层240可形成在防反射层212上。滤色器层240可使入射穿过微透镜286的光透射并且仅允许需要的(或期望的)波长的光入射在光电转换元件214上。
在一些示例实施例中，滤色器层240可包括第一滤色器层241和第二滤色器层243。在像素区PA中的单元像素PX中的每个中，可布置与光电转换元件214对应的第一滤色器层241或第二滤色器层243。
在一些示例实施例中，第一滤色器层241可包括红色滤色器，第二滤色器层243可包括蓝色滤色器。因此，第一滤色器层241可透射红颜色波长的光，使得红颜色波长的光到达第一滤色器层241与其对应的光电转换元件214。另外，第二滤色器层243可透射蓝颜色波长的光，使得蓝颜色波长的光到达第二滤色器层243与其对应的光电转换元件214。
在第二基底210的第二表面210b上，可形成覆盖滤色器层240的第一覆盖绝缘层244。第一覆盖绝缘层244的顶表面可形成为具有与有机光电层274的底表面基本上同一水平或者比有机光电层274的底表面低的水平。第一覆盖绝缘层244可包括例如氧化硅、氮氧化硅、低介电材料、树脂层或它们的组合，但一些其它示例实施例不限于此。如随后将描述的，第一覆盖绝缘层244可包括与电极填充层254基本上同一材料并且位于与电极填充层254基本上同一水平处。如在这里所使用的，短语“基本上相同的水平”和/或“基本上同一水平”表示在制造公差内的具有相同或同一水平的各个元件。即，“位于”相同/同一水平或者基本上相同/同一水平“处”的各个元件意思是各个元件相对于彼此共面或基本上共面。相似地，短语“基本上相同的材料”和/或“基本上同一材料”表示在材料公差内各个元件由相同/同一材料或者基本上相同/同一材料形成。
在一些示例实施例中，第一覆盖绝缘层244可具有多层结构。例如，第一覆盖绝缘层244的第一部分可布置在滤色器层240与防反射层212之间，第一覆盖绝缘层244的第二部分可布置在滤色器层240的顶表面上。
在第一覆盖绝缘层244内部，可形成穿透第一覆盖绝缘层244并且电连接到第一通路插塞226的第二通路插塞246。第二通路插塞246可形成在从第一覆盖绝缘层244的顶表面延伸到底表面的一体结构中，但一些其它示例实施例不限于此。例如，第二通路插塞246可形成在从第一覆盖绝缘层244的顶表面延伸到底表面的多层结构中。
第二通路插塞246的至少一部分可包括透明导电材料。在一些示例实施例中，第二通路插塞246可包括金属材料的第一部分和透明导电材料的第二部分，第二通路插塞246的透明导电材料的第二部分可与底部透明电极层272一起一体形成。
底部透明电极层272可形成在第一覆盖绝缘层244上。底部透明电极层272可包括间隔开的多个部分以分别与多个光电转换元件214对应。底部透明电极层272可包括例如ITO、IZO、ZnO、锑掺杂的氧化锡(ATO)和/或铝掺杂的氧化锌(AZO)的透明导电材料。
在一些示例实施例中，底部透明电极层272的底表面和第一覆盖绝缘层244的顶表面可在基本上相同的水平处是平坦的。在形成穿透第一覆盖绝缘层244的多个孔并且形成覆盖第一覆盖绝缘层244并填充多个孔的透明电极材料之后，可执行大马士革工艺(damascene process)以去除透明电极材料的一部分，使得可暴露第一覆盖绝缘层244的顶表面。通过使用这样的工艺，可形成与底部透明电极层272一体形成的第二通路插塞246的至少一部分和底部透明电极层272。在这种情况下，如上所述的，第二通路插塞246的至少一部分可包括透明导电材料。
在第二基底210的像素区PA中，有机光电层274可形成在底部透明电极层272上。例如，有机光电层274可一体地形成在底部透明电极层272的多个部分上。例如，有机光电层274可形成为横跨通过底部透明电极层272的顶表面和第一覆盖绝缘层244的顶表面形成的平面。在一些示例实施例中，有机光电层274可包括仅对特定的(或期望的)波长的光引起光电转换的有机材料。例如，有机光电层274可仅在绿颜色光的波长处引起光电转换。换句话说，例如，有机光电层274可在大约500nm至大约600nm处展现最大吸收波长(λmax)。
有机光电层274可以是p型半导体材料和n型半导体材料以单个层或多个层形成pn结或体异质结(bulk hetero-junction)的层，并且在接收入射光以产生激子之后，可执行将激子分离成空穴和电子的操作。
在有机光电层274包括多个层的示例实施例中，有机光电层274可包括例如p型层/本征层、本征层/n型层、p型层/本征层/n型层、p型层/n型层等的各种组合。另外，有机光电层274可具有用于有效地吸收光并且有效地分离并传输空穴和电子以改善光电转换效率的适当的(或期望的)厚度。
顶部透明电极层276可形成在有机光电层274上。例如，顶部透明电极层276可横跨像素区PA一体地形成。换句话说，例如，顶部透明电极层276可一体地形成在多个光电转换元件214之上。在一些示例实施例中，顶部透明电极层276可形成为覆盖有机光电层274的顶表面和侧表面两者。
第二覆盖绝缘层282可形成在第一覆盖绝缘层244和顶部透明电极层276上。第二覆盖绝缘层282可包括透明绝缘材料。第二覆盖绝缘层282可包括例如氧化硅。
第二覆盖绝缘层282可形成为不覆盖电极垫260的顶表面。另外，第二覆盖绝缘层282可形成为不覆盖顶部透明电极层276的一部分。例如，电极垫260可形成在顶部透明电极层276的不被第二覆盖绝缘层282覆盖的所述一部分上。
在一些示例实施例中，第三覆盖绝缘层284可形成在第二覆盖绝缘层282上。第三覆盖绝缘层284可形成为覆盖第二覆盖绝缘层282的顶表面。第三覆盖绝缘层284可包括透明绝缘材料。第三覆盖绝缘层284可包括例如氧化硅。然而，在一些其它示例实施例中，可省略第三覆盖绝缘层284。
在第二基底210的像素区PA中，例如，与滤色器层240对应的微透镜286可形成在第三覆盖绝缘层284上。在一些省略了第三覆盖绝缘层284的其它示例实施例中，微透镜286可形成在第二覆盖绝缘层282上。微透镜286可形成为与分别对应于微透镜286的滤色器层240叠置。换句话说，可形成多个微透镜286并且多个微透镜286可分别与多个滤色器层240对应。微透镜286可改变入射在除了光电转换元件214之外的区域上的光的路径以将更多的光集中到光电转换元件214上。
通路电极区TA可在第一基底110中被称为第一通路电极区并且在第二基底210中被称为第二通路电极区。第一通路电极区和第二通路电极区可布置在彼此对应的位置处以形成一个通路电极区TA。
在通路电极区TA中，可形成穿透第二基底210和第二结构230并且接触第一结构130的顶部部分的通路电极结构250。通路电极结构250可包括沿通路电极孔250H共形地形成的电极导电层252以及填充通路电极孔250H并且在形成电极导电层252之后保留的电极填充层254。电极填充层254的顶表面的水平可形成为高于电极导电层252的顶表面252T的水平。
电极导电层252可包括例如钨(W)或钨合金。例如，电极填充层254可包括诸如氧化硅和/或氮化硅的绝缘材料。在一些示例实施例中，电极填充层254可包括诸如正硅酸四乙酯(TEOS)和/或等离子体增强的TEOS(PE-TEOS)的具有相对差的台阶覆盖性的材料。因此，电极填充层254可包括位于其中的气隙(air gap)AG。
在一些示例实施例中，通路电极结构250可与第二导电层234的表面234S接触。另外，通路电极结构250可与第一导电层134a的表面134S接触。换句话说，第一基底110和第二基底210可通过通路电极结构250彼此电连接。这样的结构和通路电极结构250可一起被称为后通路堆叠。
在一些示例实施例中，在通路电极区TA中与通路电极结构250接触的第一导电层134和第二导电层234中的每个可布置在与布置在像素区PA中的第一布线层132和第二布线层232相同的水平处。
通路电极区TA中的电极填充层254和像素区PA中的第一覆盖绝缘层244可包括基本上同一材料并且位于基本上同一水平处。原因可以是因为能够通过基本上同一工艺同时形成电极填充层254和第一覆盖绝缘层244。如上所述，第一覆盖绝缘层244的顶表面的水平可等于或低于有机光电层274的底表面的水平，并因此，电极填充层254的顶表面的水平可等于或低于有机光电层274的底表面的水平。
如图1B中所示，气隙AG可形成在第二基底210中，但可以不形成在第一基底110中。然而，气隙AG的位置不限于此。另外，例如，气隙AG可不限于图1B中示出的形状并且可具有诸如圆形、椭圆形和/或多边形的各种形状。
根据与图1B的图像传感器10不同的传统的图像传感器，在通路电极孔250H的在电极导电层252形成在通路电极区TA中之后保留的内部区域用诸如负性光致抗蚀剂的具有相对好的台阶覆盖性的材料填充之后，可执行随后的工艺。在高温工艺不包括在随后的工艺中的情况下，这样的结构可以是适合的结构。
然而，通常，如上所述，在图像传感器包括有机光电层的情况下，可在用负性光致抗蚀剂填充通路电极孔250H的内部区域的工艺之后执行形成包括通过金属材料形成的一部分的第二通路插塞246的工艺。因此，当用易受高温影响的负性光致抗蚀剂填充包括有机光电层的图像传感器中的通路电极孔250H的内部区域时，负性光致抗蚀剂会由于随后的高温工艺而用作污染源。因此，污染源会导致传统的图像传感器的失效(例如，传统的图像传感器的生产率和可靠性会由于由高温工艺导致的污染而降低)。
另一方面，在根据发明构思的示例实施例的图像传感器10的情况下，通过不使用易受高温影响的负性光致抗蚀剂，而代替地使用包括具有相对差的台阶覆盖性的材料的电极填充层254，通路电极孔250H的内部区域可与气隙AG一起被填充。在这种情况下，由于通路电极孔250H用气隙AG和包封气隙AG的电极填充层254填充，因此即使在随后的高温工艺中也不存在易受高温影响的材料，可在没有污染的情况下执行高温工艺。
结果，根据发明构思的示例实施例的图像传感器10可包括通路电极结构250，通路电极结构250包括位于其中的气隙AG，因此，可防止(限制或减少)污染，否则会由于填充通路电极结构250的内部区域的材料导致所述污染。因此，与上述的传统图像传感器相比，可改善包括有机光电层274的图像传感器10的生产率和可靠性。
图2至图6分别是根据一些示例实施例的沿图1A中的线B-B'截取的图像传感器20、30、40、50和60的剖视图。
将在下面描述的构成图像传感器20、30、40、50和60中的每个的组件和构成组件的材料与在图1A和图1B中描述的那些基本上相同或相似。因此，为了便于解释，主要描述与图1B的图像传感器10的不同之处。
参照图2，根据一些示例实施例的图像传感器20可在通路电极区TA中包括沿第二基底210的第二表面210b共形地形成的电极导电层252和电极衬里253。
例如，通路电极结构250可包括沿通路电极孔250H共形地形成的电极导电层252、沿电极导电层252和第二基底210的第二表面210b共形地形成的电极衬里253以及填充在形成电极衬里253之后保留的通路电极孔250H并且包括气隙AG的电极填充层254。
电极衬里253可包括例如氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅。在一些示例实施例中，电极衬里253可包括与电极填充层254基本上相同的材料。
然而，与电极填充层254不同，形成电极衬里253的工艺可使用具有相对好的台阶覆盖性的工艺方法。例如，可通过原子层沉积(ALD)工艺、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺等来形成电极衬里253。
参照图3，在图像传感器30中，通路电极结构350的底部部分350L可与第一结构130中的多个第一导电层134接触。
例如，可通过接触形成在第一结构130中的不同水平处的第一导电层134a和134b中的每个来电连接通路电极结构350。
为此，布置在第一导电层134之中的最上水平处的第一导电层134a可包括至少一个孔。通路电极结构350的底部部分350L可穿透第一导电层134a中的孔以接触位于比第一导电层134a的水平低的水平处的第一导电层134b。换句话说，例如，通路电极结构350的底部部分350L可以以具有至少一个突起的凹凸形状形成。
通路电极结构350可与第二导电层234的表面234S接触。另外，通路电极结构350的底部部分350L也可接触第一导电层134a的被孔暴露的表面134S。
当通路电极结构350与形成在彼此不同的水平处的第一导电层134中的每个接触时，可增大通路电极结构350与第一导电层134之间的结合面积。因此，可减小通路电极结构350与第一导电层134之间的结合电阻。
参照图4，在根据一些示例实施例的图像传感器40中，通路电极结构450可接触位于形成在第一基底110上的第一结构130中的不同水平处的第一导电层134a、134b和134c之中的最低水平处的第一导电层134c。
在这种情况下，因为通路电极孔450H的深度变得相对深，所以通路电极结构450可包括具有相对大的尺寸的气隙AG。
在一些示例实施例中，气隙AG可形成为横跨第一结构130和第二基底210。例如，气隙AG的最上表面AGT可布置在第二基底210中，气隙AG的最下表面AGB可布置在第一基底110上的第一结构130中。然而，气隙AG的位置不限于此。
参照图5，在一些示例实施例的图像传感器50中，通路电极结构550可与第一结构130中的多个第一导电层134中的每个以及第二结构230中的一个第二导电层234接触。
例如，可通过接触形成在第一结构130中的不同水平处的第一导电层134a和134b中的每个来电连接通路电极结构550。
为此，位于第一导电层134之中的最上水平处的第一导电层134a以及位于比第一导电层134a的水平低的水平处的第一导电层134b可以以台阶形状布置在第一导电层134a和134b与通路电极结构550接触的区域中。
例如，电极导电层552的第一侧壁和第二侧壁两者都可具有锥形形状，同时电极导电层552的第一侧壁可具有平坦形状而电极导电层552的第二侧壁可具有台阶形状。例如，第一侧壁可以是图5中的电极导电层552的左侧壁并且第二侧壁可以是图5中的电极导电层552的右侧壁，但是一些其它示例实施例不限于此。因此，通路电极结构550可顺序地接触第二导电层234、第一导电层134a和第一导电层134b。
当通路电极结构550与形成在彼此不同的水平处的第一导电层134(例如，第一导电层134a和134b)中的每个接触时，可增大通路电极结构550与第一导电层134之间的结合面积。因此，可减小通路电极结构550与第一导电层134之间的结合电阻。
在一些示例实施例中，气隙AG的最上表面AGT的水平可高于电极导电层552的顶表面552T的水平。换句话说，气隙AG可不仅形成在通路电极孔550H的内部区域中，而且形成在通路电极孔550H的外部区域中。然而，气隙AG的位置不限于此。
参照图6，在图像传感器60中，通路电极结构650的底部部分650L可与第一结构130中的多个第一导电层134接触。
例如，可通过接触形成在第一结构130中的不同水平处的第一导电层134a和134b中的每个来电连接通路电极结构650。
为此，布置在第一导电层134之中的最上水平处的第一导电层134a可包括多个孔。通路电极结构650的底部部分650L可穿透所述多个孔以接触位于比第一导电层134a的水平低的水平处的第一导电层134b的多个部分。
通路电极结构650可与第二导电层234的表面234S接触。另外，通路电极结构650的底部部分650L也可接触第一导电层134a的被所述多个孔暴露的表面134S。
当通路电极结构650与形成在彼此不同的水平处的第一导电层134中的每个接触时，可增大通路电极结构650与第一导电层134之间的结合面积。因此，可减小通路电极结构650与第一导电层134之间的结合电阻。
另外，通路电极结构650可与形成在彼此不同的水平处的第一导电层134更加三维地接触，并因此可以能够减少可另外发生在通路电极结构650与第一导电层134之间的接触失效问题。
图7A至图7E是示出根据一些示例实施例的根据工艺顺序制造图像传感器的方法的剖视图。
参照图7A，可将第一基底110的第一表面110a和第二基底210的第一表面210a布置成彼此面对，可使第一结构130和第二结构230彼此结合。
例如，可通过加热、加压和/或等离子体处理中的至少一种来执行第一结构130和第二结构230的结合工艺。
在一些示例实施例中，可在第二基底210的像素区PA中布置多个光电转换元件214。可与光电转换元件214相邻(例如，接近、紧挨着、邻近)地布置存储节点区216。
第一基底110的像素区PA可与元件区对应。可在第一基底110的元件区中布置用于控制图像传感器10(参照图1B)的逻辑器件(未示出)。
参照图7B，在通路电极区TA中，可执行蚀刻工艺以穿透第二基底210和第二结构230，使得形成暴露第一导电层134的表面134S和第二导电层234的表面234S的通路电极孔250H。
在一些示例实施例中，可使用各向异性蚀刻工艺来执行蚀刻工艺。尽管未在图7B中示出，但是在蚀刻工艺期间，可形成掩模图案，所述掩模图案使通路电极孔250H形成在第二基底210的第二表面210b上的区域敞开并且覆盖其它区域。通过使用掩模图案作为蚀刻掩模，可形成通路电极孔250H。另外，在蚀刻工艺期间，第一导电层134和第二导电层234可用作蚀刻停止层。
在图7B中，第一导电层134和第二导电层234示出为不被蚀刻工艺蚀刻，但一些其它示例实施例不限于此。在一些其它示例实施例中，可通过蚀刻工艺至少部分地蚀刻第一导电层134和第二导电层234。
在完成蚀刻工艺之后，可去除掩模图案。另外，可附加地执行用于去除可发生在蚀刻工艺中的残留物的清洗工艺。
参照图7C，可形成共形地覆盖第二基底210的第二表面210b的部分区域和通路电极孔250H的电极导电层252。
在一些示例实施例中，为了形成电极导电层252，可使用化学气相沉积(CVD)、金属有机CVD(MOCVD)、原子层沉积(ALD)和/或金属有机ALD(MOALD)，但一些其它示例实施例不限于此。电极导电层252可包括例如钨(W)或钨合金。
在通路电极区TA和像素区PA中形成覆盖第二基底210的第二表面210b的导电材料之后，可执行去除导电材料的剩余部分的工艺，使得仅电极导电层252保留在通路电极区TA中。通过使用这样的工艺，可在通路电极区TA中形成电极导电层252。
参照图7D，在通路电极区TA和像素区PA中，可形成初始电极填充层254P，所述初始电极填充层254P覆盖(例如，完全覆盖)第二基底210的第二表面210b，并且在通路电极孔250H的一部分中包括气隙AG。
在一些示例实施例中，在像素区PA中，可使第二基底210的第二表面210b的一部分部分地凹进，可形成覆盖(例如，平坦地覆盖)第二表面210b的所述部分的初始防反射层212P。
初始电极填充层254P可形成为具有足够大的厚度以包括气隙AG同时填充通路电极孔250H的一部分。
初始电极填充层254P可包括通过具有相对差的台阶覆盖性的工艺形成的材料。气隙AG可被称为位于通路电极孔250H内部的空间的初始电极填充层254P未填充的部分。换句话说，由于位于通路电极孔250H内部的空间具有相对大的高宽比，因此可使用具有好的台阶覆盖性的工艺以填充所有的空间。然而，为了形成气隙AG，根据发明构思的示例实施例的图像传感器可在形成初始电极填充层254P的工艺中有意地使用具有相对差的台阶覆盖性的材料。
在随后的工艺中，通路电极区TA中的初始电极填充层254P可形成为电极填充层254(参照图7E)，像素区PA中的初始电极填充层254P可形成为第一覆盖绝缘层244(参照图7E)。按照这种方式，由于可通过基本上相同的工艺基本上同时形成第一覆盖绝缘层244(参照图7E)和电极填充层254(参照图7E)，因此它们可由基本上相同的材料形成。
参照图7E，通过由化学机械抛光(CMP)工艺等使初始电极填充层254P(参照图7D)平坦化，可形成通路电极区TA中的电极填充层254和像素区PA中的第一覆盖绝缘层244。
通过CMP工艺，可在基本上相同的水平处形成电极填充层254的顶表面254T和第一覆盖绝缘层244的顶表面244T。
可在第一覆盖绝缘层244的一部分中形成滤色器层240。在一些示例实施例中，滤色器层240可包括第一滤色器层241和第二滤色器层243。在第一覆盖绝缘层244中形成滤色器层240之后，可在滤色器层240上形成与第一覆盖绝缘层244基本上同一(或相似)的材料。
在一些示例实施例中，在第一覆盖绝缘层244和防反射层212中，可形成将用第二通路插塞246(参照图1B至图6)填充的第二通路插塞孔246H，第二通路插塞246穿过第一覆盖绝缘层244和防反射层212电连接到第一通路插塞226。在一些其它示例实施例中，在形成第二通路插塞孔246H的工艺中，可同时执行第一通路孔222H的形成。
再次参照图1B，可通过在第二基底210的像素区PA中形成底部透明电极层272、有机光电层274和顶部透明电极层276以及微透镜286来完成图像传感器10。
根据发明构思的一些示例实施例的图像传感器10可包括通路电极结构250，通路电极结构250包括位于其中的气隙AG，并因此，与传统的图像传感器对比，可不需要具有相对好的台阶覆盖性的材料(例如，易受高温影响的负性光致抗蚀剂)填充通路电极结构250的内部区域。因此，可有效地防止(限制或减少)污染，否则会由于填充通路电极结构250的内部区域的材料而导致所述污染，并因此，与上述传统的图像传感器相比，可改善包括有机光电层274的图像传感器10的生产率和可靠性。
图8是示出根据一些示例实施例的图像传感器1000的构造的框图。
参照图8，图像传感器1000可包括像素阵列1010、行驱动器1020、控制器1030和像素信号处理器1040。
图像传感器1000可包括在图1A至图6中描述的图像传感器10、20、30、40、50、60中的至少一个。
像素阵列1010可包括二维地布置的多个单元像素，每个单元像素可包括光电转换元件。光电转换元件可吸收光以产生电荷，根据产生的电荷的电信号(或输出电压)可通过垂直信号线提供至像素信号处理器1040。包括在像素阵列1010中的单元像素可以以行为单位一次提供一个输出电压，并因此，属于像素阵列1010的一行的单元像素可通过由行驱动器1020输出的选择信号同时被激活。属于所述行的单元像素可将与吸收的光对应的输出电压提供至相应的列的输出线。
控制器1030可控制像素阵列1010，使得像素阵列1010吸收光以累积电荷，或者暂时存储累积的电荷，并且将与存储的电荷对应的电信号输出到像素阵列1010的外部。另外，控制器1030可控制像素信号处理器1040以测量由像素阵列1010提供的输出电压。
像素信号处理器1040可包括相关双采样器(CDS)1042、模数转换器(ADC)1044和缓冲器1046。CDS 1042可采样并保持由像素阵列1010提供的输出电压。CDS 1042可双采样特定的噪声电平和产生的输出电压的电平，并且输出与它们之间的差对应的电平。另外，CDS1042可接收由斜坡信号产生器(ramp signalgenerator)1048产生的斜坡信号，将斜坡信号彼此进行比较并且输出比较的结果。
ADC 1044可将与从CDS 1042接收的电平对应的模拟信号转换成数字信号。缓冲器1046可锁存数字信号，锁存的信号可顺序地输出到图像传感器1000的外部并且传输至图像处理器(未示出)。
图9是示出根据一些示例实施例的包括图像传感器1140的电子系统1100的框图。
参照图9，电子系统1100可包括处理器1110、存储器装置1120、存储装置1130、图像传感器1140、输入/输出(I/O)装置1150和电源1160。尽管未在图9中示出，但是例如，电子系统1100还可包括用于与视频卡、声卡、存储器卡、USB装置等和/或其它电子系统通信的端口。
处理器1110可执行特定的计算或任务。例如，处理器1110可以是微处理器或中央处理单元(CPU)。处理器1110可连接到存储器装置1120、存储装置1130和I/O装置1150以经由地址总线、控制总线、数据总线等来执行通信。在一些实施例中，处理器1110也可连接到诸如外围组件互连(PCI)总线的扩展总线。
存储器装置1120可存储电子系统1100的操作所需的数据。存储装置1130可包括固态驱动器(SSD)、硬盘驱动器(HDD)和/或光盘只读存储器(CD-ROM)。
I/O装置1150可包括诸如键盘、小型键盘和鼠标的输入工具以及诸如打印机和显示器的输出工具。电源1160可提供电子系统1100的操作所需的操作电压。
图像传感器1140可经由上述的总线和/或其它通信线路连接到处理器以执行通信。图像传感器1140可包括图1A至图6中描述的图像传感器10、20、30、40、50、60中的至少一个。
图10是示出根据一些示例实施例的图像传感器1210应用于其的电子装置1200的框图。
参照图10，示出了图像传感器1210应用于其的电子装置1200(例如，移动电话等)。图像传感器1210可包括图1A至图6中描述的图像传感器10、20、30、40、50、60中的至少一个。
在一些示例实施例中，多个图像传感器1210可包括在电子装置1200中。例如，一个图像传感器1210可包括在电子装置1200的前侧中，另一个图像传感器1210可包括在电子装置1200的后侧中。
图像传感器1210可应用于智能电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)、便携式游戏机、便携式计算机、上网本、显示装置和/或能够处理图像的任何电子装置。
发明构思的示例实施例将解决的问题不限于上面提及的问题，通过本文中的描述本领域技术人员可清楚地理解其它未提及的事项。
尽管已经参照附图描述了发明构思的一些示例实施例，但是本领域普通技术人员应理解的是，在不改变发明构思的技术方面或特征的情况下，发明构思可以以其它具体的应用来实现。因此，上述的示例实施例应该被理解为在所有方面示例性的并且非限制性的。

Claims (20)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
第一基底；
第一结构，位于第一基底的前表面上，第一结构包括包含第一导电层的第一层间绝缘层；
第二基底；
第二结构，位于第二基底的面对第一基底的前表面的前表面上，第二结构包括第二层间绝缘层，第二层间绝缘层结合到第一层间绝缘层；
有机光电层，位于第二基底的后表面上；以及
通路电极结构，穿过第二基底和第二结构与第一导电层接触，通路电极结构包括位于通路电极结构中的气隙。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，所述通路电极结构包括：
电极导电层，位于穿透第二基底和第二结构的通路电极孔的内壁上；以及
电极填充层，位于电极导电层上，电极填充层填充通路电极孔的一部分，并且包括气隙。
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：
滤色器层，位于有机光电层下方；以及
第一覆盖绝缘层，位于滤色器层上，
其中，电极填充层和第一覆盖绝缘层包括同一材料并且位于同一水平上。
4.如权利要求3所述的图像传感器，其中，电极填充层的顶表面的水平与有机光电层的底表面的水平位于同一水平或低于有机光电层的底表面的水平。
5.如权利要求2所述的图像传感器，所述图像传感器还包括位于电极导电层与电极填充层之间的电极衬里。
6.如权利要求2所述的图像传感器，其中，气隙的最上表面的水平高于电极导电层的最上表面的水平。
7.如权利要求1所述的图像传感器，其中，气隙从第二基底延伸到第二层间绝缘层。
8.如权利要求1所述的图像传感器，其中，气隙从第二基底延伸到第一层间绝缘层。
9.如权利要求1所述的图像传感器，其中，第二基底上的第二结构还包括第二导电层，其中，通路电极结构与第二导电层接触。
10.如权利要求9所述的图像传感器，其中，第一导电层包括至少两个顺序堆叠的导电层，通路电极结构与所述至少两个顺序堆叠的导电层接触。
11.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
第一基底，包括第一层间绝缘层；
第二基底，包括第二层间绝缘层；
滤色器层，位于第二基底上；
有机光电层，位于滤色器层上；
通路电极孔，穿透第二基底和第二层间绝缘层，通路电极孔与第一层间绝缘层接触；以及
通路电极结构，位于通路电极孔中，其中，通路电极结构包括：电极导电层，包括导电材料；以及电极填充层，位于电极导电层上，电极填充层包括绝缘材料和在电极填充层的中心部分处的气隙。
12.如权利要求11所述的图像传感器，其中，电极导电层包括钨或钨合金，绝缘材料包括正硅酸四乙酯或等离子体增强的正硅酸四乙酯中的至少一种。
13.如权利要求11所述的图像传感器，其中，气隙被电极填充层包封。
14.如权利要求11所述的图像传感器，所述图像传感器还包括位于滤色器层上的第一覆盖绝缘层，其中，第一覆盖绝缘层与电极填充层包括同一材料并且与电极填充层位于同一水平处。
15.如权利要求13所述的图像传感器，其中，气隙从第二基底延伸到第二层间绝缘层。
16.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
第一基底，包括第一通路电极区和包括逻辑器件的元件区；
第一层间绝缘层，位于第一基底的前表面上，第一层间绝缘层包括第一通路电极区中的第一导电层；
第二基底，包括第二通路电极区和包括光电转换元件的像素区；
第二层间绝缘层，位于第二基底的面对第一基底的前表面的前表面上，第二层间绝缘层结合到第一层间绝缘层；
底部透明电极层，位于第二基底的后表面上，底部透明电极层与光电转换元件对应；
顶部透明电极层，位于第二基底的后表面上；
有机光电层，位于顶部透明电极层与底部透明电极层之间；以及
通路电极结构，穿透第二通路电极区中的第二基底和第二层间绝缘层以接触第一通路电极区中的第一导电层，通路电极结构包括位于通路电极结构中的气隙。
17.如权利要求16所述的图像传感器，其中，通路电极结构包括：
电极导电层，穿透第二通路电极区中的第二基底和第二层间绝缘层，电极导电层位于延伸到第一通路电极区的通路电极孔的内壁上；以及
电极填充层，位于电极导电层上，电极填充层填充通路电极孔的一部分，并且包括气隙。
18.如权利要求17所述的图像传感器，其中，电极填充层的顶表面是平坦表面，电极填充层的顶表面的水平高于电极导电层的顶表面的水平。
19.如权利要求17所述的图像传感器，其中，电极导电层的底表面具有包括至少一个突起部分的凹凸形状。
20.如权利要求17所述的图像传感器，其中，电极导电层包括第一侧壁和第二侧壁，电极导电层的第一侧壁和第二侧壁两者都具有锥形形状，第一侧壁具有平坦形状，第二侧壁具有台阶形状。
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