CN111081725A - 图像传感器、图像传感器模块和制造图像传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了图像传感器、图像传感器模块和制造图像传感器的方法。所述图像传感器包括：光电转换器，位于基底的像素区域中，以响应于入射到像素区域上的入射光而产生光电子；信号发生器，在像素区域中位于基底的第一表面上，以根据光电子产生与对象的图像信息对应的电信号；以及像素分离图案，从基底的第一表面到基底的与基底的第一表面相对的第二表面穿透基底，像素分离图案包括折射率小于基底的折射率的绝缘图案和被绝缘图案围绕的金属导电图案，并且像素区域被像素分离图案围绕并与邻近像素区域隔离。

Description

图像传感器、图像传感器模块和制造图像传感器的方法
于2018年10月22日在韩国知识产权局提交的并且名称为“IMAGE SENSOR,IMAGESENSOR MODULE AND METHOD OF MANUFACTURING THE IMAGE SENSOR(图像传感器、图像传感器模块和制造图像传感器的方法)”的第10-2018-0126241号韩国专利申请通过引用全部包含于此。
技术领域
示例实施例涉及一种图像传感器、一种具有该图像传感器的图像传感器模块以及一种制造该图像传感器的方法，更具体地，涉及一种CMOS图像传感器、一种具有该CMOS图像传感器的图像传感器模块以及一种制造该CMOS图像传感器的方法。
背景技术
近来，高分辨率图像传感器模块已经被广泛地用在例如数码相机和智能电话的各种数字装置中，因此已经对用于将光信号(或图像信号)转换成电信号的图像传感器有很大的需求。例如，电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)器件已经主要用作图像传感器。
具体地，CMOS图像传感器(CIS)可以通过传统半导体制造工艺制造，并且仅仅通过改善信号处理算法就可以简单且容易地提高CIS的图像质量。因此，CIS在最近的数字装置中已经被更广泛地使用。
发明内容
根据示例性实施例，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：光电转换器，位于基底的像素区域中并且响应于入射到像素区域上的入射光产生光电子；信号发生器，在每个像素区域中布置在基底的第一表面上并且根据光电子产生与对象的图像信息对应的电信号；像素分离图案，从第一表面到第二表面穿透基底，使得像素区域可以被像素分离图案围绕并且可以与邻近像素区域隔离。像素分离图案可以包括折射率小于基底的折射率的绝缘图案和被绝缘图案围绕的金属导电图案。
根据示例性实施例，提供了一种图像传感器模块，所述图像传感器模块包括：图像传感器，具有多个单元像素，用于根据入射光产生与对象的图像对应的电信号，使得单元像素可以通过穿透基底的分离图案彼此分离和隔离；以及图像信号处理器(ISP)，电连接到图像传感器并处理电信号以由此产生对象的图像数据。分离图案可以包括绝缘图案和被绝缘图案围绕的金属导电图案。
根据示例性实施例，提供了一种制造上述图像传感器的方法。可以对具有照明区域、黑色区域和接触区域的基底的第一表面进行离子注入工艺，由此在基底的照明区域和黑色区域中形成光电转换器层。光电转换器层可以根据入射光产生光电子。然后，可以将虚设分离图案形成为从基底的第一表面延伸到基底的内部，以由此分别在基底的照明区域、黑色区域和接触区域中限定具有光电转换器的像素区域、具有光电转换器的参考单元区域和接触余量区域。虚设分离图案可以包括折射率小于基底的折射率的绝缘图案和被绝缘图案围绕的虚设图案。可以在基底的第一表面上顺序地形成信号发生器和连接到信号发生器的布线结构。信号发生器可以根据光电子产生与对象的图像对应的电信号。可以部分去除基底的与第一表面相对的后部，直到虚设分离图案可以通过基底的第二表面暴露。然后，可以对基底的第二表面进行金属替换工艺，以由此用金属导电图案替换虚设图案。
附图说明
通过参照附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员将变得明显，在附图中：
图1示出了根据示例实施例的图像传感器的平面图；
图2示出了沿图1的线I-I'的剖视图；
图3示出了图2中的图像传感器的第一修改例的剖视图；
图4示出了图2中的图像传感器的第二修改例的剖视图；
图5示出了图2中的图像传感器的第三修改例的剖视图；
图6A示出了图2中的图像传感器的第四修改例的剖视图；
图6B示出了图2中的图像传感器的第五修改例的剖视图；
图7示出了根据示例实施例的图像传感器模块的框图；
图8示出了图7中的图像传感器模块的图像传感器的平面图；
图9示出了沿图8中的线II-II'的剖视图；
图10示出了图8中的图像传感器的单元像素的电路图；
图11A至图11O示出了制造图9中的图像传感器模块的方法中的阶段的剖视图；
图12A至图12E示出了制造具有图3中的图像传感器的图像传感器模块的方法中的阶段的剖视图；以及
图13A至图13C示出了制造具有图4中的图像传感器的图像传感器模块的方法中的阶段的剖视图。
具体实施方式
现在将参照在附图中示出的示例实施例，其中，同样的附图标记可以始终表示同样的组件。
图1是示出根据示例实施例的图像传感器的平面图，图2是沿图1的线I-I'的剖视图。
参照图1和图2，根据示例实施例的图像传感器90可以包括基底10、光电转换器20、信号发生器30和像素分离图案40，基底10具有多个像素区域A，光电转换器20在每个像素区域A处布置在基底10中并响应于入射到像素区域A上的入射光R而产生光电子，信号发生器30产生对应于光电子的电信号作为图像信号，像素分离图案40以像素分离图案40包括折射率小于基底10的折射率的绝缘图案41和填充到绝缘图案41中的金属导电图案45的这样的构造穿透基底10并围绕像素区域A。因此，像素区域A中的光电转换器20、信号发生器30和像素分离图案40可以构成图像传感器90的单元像素UP。
例如，基底10可以包括半导体基底。在示例实施例中，半导体基底10可以包括多种p型杂质可以局部地掺杂到其上的体硅基底，因此可以在体硅基底上布置一些p型阱。此外，p型外延层还可以布置在p型体硅基底上，因此基底10可以包括双层半导体基底。此外，可以从双层半导体基底去除体硅基底，因此基底10可以包括p型单外延层。另外，基底10可以包括n型体基底、n型外延层以及n型体基底和n型外延层的双层半导体。
基底10可以包括第一表面11和与第一表面11相对的第二表面12。第一表面11可以对应于硅晶圆的前表面，并且信号发生器30和布线结构50可以布置在基底10的第一表面11上，例如，基底10的第一表面11可以面对布线结构50。信号发生器30可以包括可以通过半导体制造工艺形成的至少一个晶体管。第二表面12可以对应于硅晶圆的后表面，并且缓冲层60和透光单元70可以布置在基底10的第二表面12上，例如，基底10的第二表面12可以面对缓冲层60。因此，图像传感器90可以被构造为其中光可以从外部入射到第二表面12上(即，入射到基底10的背侧上)的背侧照明结构。
基底10可以被深沟槽孔DTH分离成多个像素区域A，例如，像素区域A可以以矩阵图案布置在x方向和y方向上，并且像素分离图案40可以位于每个深沟槽孔DTH中。因此，彼此相邻的邻近像素区域A可以例如在x方向和y方向上被像素分离图案40彼此分离。
光电转换器20和信号发生器30可以布置在每个像素区域A中。光电转换器20可以定位在基底10中，并且可以响应于入射到相应像素区域A上的入射光R来产生光电子。信号发生器30可以布置在基底10的第一表面11上，并且可以产生对应于光电子的电信号。例如，如图2中所示，光电转换器20可以在基底10的第二表面12和信号发生器30之间定位在基底10内。例如，如图2中所示，信号发生器30可以在基底10的第一表面11和光电转换器20之间定位在基底10内。电信号可以提供可以从其反射入射光的对象的图像信息。
具体地，一个或更多个光电转换器20可以布置在单个像素区域A中，并且多个电子-空穴对可以响应于入射光R而产生，并且可以被收集在光电转换器20中。由入射光R产生的电子-空穴对作为光电子而被公知。即，光电转换器20可以深地定位在像素区域A中，因此光电转换器20可以远离第一表面11而定位在第二表面12附近，例如，与第一表面11相比，光电转换器20可以定位在更靠近第二表面12的位置。另外，光电转换器20可以与像素区域A的基本整个表面交叉(例如，叠置)，以尽可能地扩大光接收区域，由此提高光电转换器20的光接收效率。
例如，光电转换器20可以包括第一掺杂层和第二掺杂层，第一掺杂层和第二掺杂层可以垂直堆叠在多种p型杂质可以掺杂到其的p型半导体基底10中。在本示例实施例中，第一掺杂层可以包括n型杂质，第二掺杂层可以包括p型杂质。因此，基底10、第一掺杂层和第二掺杂层可以被构造成基底10中的PNP结结构，并且光电转换器20可以用作光电二极管PD。即，可以将光电二极管PD设置为光电转换器20。
虽然本示例实施例公开了光电二极管PD作为光电转换器20，但是也可以使用任何其他光电结构作为光电转换器20。例如，光电晶体管、光电门和钉扎光电二极管(PPD)也可以用作光电转换器20。
另外，本示例实施例公开了单个光电转换器20可以布置在单个像素区域A中，但实施例不限于此。例如，根据图像传感器90的构造，两个或更多个光电转换器20也可以布置在单个像素区域A中。
例如，信号发生器30可以在每个像素区域A处布置在基底10的第一表面11的表面部分处，并且可以产生对应于光电子的电信号作为对象的图像信息。阱区W可以设置在第一表面11和光电转换器20之间。阱区W可以掺杂有与光电转换器20的半导体类型不同的半导体类型的杂质。阱区W可以被分离成多个有源区和限定有源区的场区。可以在场区上形成器件隔离层，并且邻近有源区可以通过器件隔离层彼此电隔离。
多个晶体管可以布置在第一表面11的有源区上。例如，可以在第一表面11的有源区上布置传输晶体管31、浮置扩散节点32和至少一个信号晶体管33。传输晶体管31可以将光电子从光电转换器20传输到浮置扩散节点32，并且因此，光电子可以在浮置扩散节点32中累积。信号晶体管33可以连接到浮置扩散节点32，并且可以产生与浮置扩散节点32中的光电子的电位差或电压对应的电信号。
传输晶体管31可以从第一表面11朝向光电转换器20垂直延伸到基底10中，直到传输晶体管31的下端可以定位在光电转换器20附近。例如，传输晶体管31可以包括可以布置在第一表面11上的导电部分和从导电部分朝向光电转换器20延伸到基底10中的传输栅极。栅极信号可以被施加到传输晶体管31的导电部分，并且光电转换器20的光电子可以响应于栅极信号被传输到浮置扩散节点32。由于光电子的传输效率可以由传输栅极的有效沟道的长度来确定，所以只要有效沟道的长度可以被最大化，各种形状和构造对于传输栅极而言就可以是可允许地。例如，传输栅极可以成形为杯或柱。
光电转换器20的光电子可以传输到浮置扩散节点32并累积在浮置扩散节点32中，并且因此累积的光电子可以通过可以入射到相应像素区域A上的入射光而改变。因此，浮置扩散节点32的光电子的电位差或电压(在下文中，被称为节点电压)可以被像素区域A改变。浮置扩散节点32可以在传输栅极和器件隔离层39之间定位在第一表面11上。浮置扩散节点32可以掺杂有其的半导体类型可以不同于阱区W的半导体类型的杂质。
信号晶体管33可以产生与浮置扩散节点32的累积的光电子对应的电信号。电信号可以给出对象的图像信息。
例如，信号晶体管33可以包括复位晶体管、驱动晶体管(有时称为源极跟随器)和选择晶体管。复位晶体管可以从浮置扩散节点32去除光电子，并且可以复位浮置扩散节点32的电荷状态。驱动晶体管或源极跟随器可以放大节点电压来便于节点电压的检测。选择晶体管可以响应于选择信号来检测放大的节点电压。浮置扩散节点32可以连接到复位晶体管的源电极并且同时连接到驱动晶体管的栅电极。驱动晶体管可以连接到选择晶体管。
虽然本示例实施例公开了信号晶体管33被构造为具有三个晶体管的3晶体管结构，但信号晶体管33可以被构造为另一晶体管结构。例如，根据图像传感器90的特性和用途，信号晶体管33可以被构造为1晶体管结构、2晶体管结构或者4晶体管结构或5晶体管结构。此外，复位晶体管、驱动晶体管和选择晶体管可以布置在光电转换器20上或者可以与光电转换器20分隔开。
例如，像素分离图案40可以被构造为在第一表面11和第二表面12之间穿透基底10的穿透结构，并且可以围绕像素区域A。因此，多个像素区域A可以由像素分离图案40限定并彼此分离。
像素分离图案40可以包括绝缘图案41和导电图案45。绝缘图案41可以例如沿z方向从第一表面11到第二表面12穿透基底10，并且可以包括具有比基底10的折射率小的折射率的绝缘材料。例如，如图2中所示，绝缘图案41可以具有分别与基底10的第二表面12和第一表面11共面的顶表面和底表面。例如，如图2中所示，绝缘图案41可以沿像素区域A的侧壁延伸(例如，限定像素区域A的侧壁)。导电图案45可以填充在绝缘图案41中并且可以被绝缘图案41围绕，例如，导电图案45可以填充在两个相应的相邻像素区域A的两个面对的绝缘图案41之间的区域中。
详细地，绝缘图案41可以被设置为布置在深沟槽孔DTH的内表面或内侧壁上的侧壁衬垫，例如，绝缘图案41可以覆盖每个深沟槽孔DTH的整个内侧壁。导电图案45可以填充深沟槽孔DTH的位于绝缘图案41的面对部分之间的剩余部分，例如，绝缘图案41可以在导电图案45和对应的像素区域A之间。
例如，当基底10为具有约3.5的折射率的硅晶圆时，绝缘图案41可以包括具有约1.5的折射率的氧化硅(SiO2)。因此，即使当入射光R倾斜于基底10的第二表面12入射到像素区域A上时，倾斜光也可以从绝缘图案41反射到像素区域A中，由此提高光电转换器20的效率。另外，由于每个单元像素UP可以被其自身的滤色器71覆盖，因此穿过滤色器71的入射光R不需要与穿过邻近滤色器71的邻近入射光R充分分离，因为穿过滤色器71的入射光R由于分离图案40而被充分防止泄漏到邻近单元像素UP中，由此防止图像传感器90的单元像素UP之间的光干扰。
导电图案45可以包括低电阻金属，并且可以设置为可以单独连接到每个单元像素UP的单条导电线。外部电源可以连接到单条导电线。
当在光电转换器20中产生光电子时，一些光电子可能被俘获在光电转换器20和绝缘图案41之间的边界表面上。因此，会在绝缘图案41的边界表面上产生暗电流。尽管对浮置扩散节点32进行了复位操作，但暗电流也不会消失。即，会在浮置扩散节点32的电荷复位之后从浮置扩散节点32检测到电信号，这会导致图像传感器90中的噪声缺陷。
当将负偏压施加到导电图案45时，可以从绝缘图案41和光电转换器20之间的边界表面充分去除俘获的电荷，由此从绝缘图案41去除暗电流并使噪声缺陷最小化。具体地，可以通过去除暗电流来有效地防止图像的白点缺陷(white spot defect)。
例如，导电图案45可以包括氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钨(W)和铜(Cu)中的至少一种。具体地，导电图案45可以通过将在下文中详细描述的金属替换工艺形成，并且导电图案45的电阻可以被充分减小。因此，可以更有效地将负偏压施加到导电图案45。
在修改的示例实施例中，导电图案45可以包括具有良好全反射特性的透明导电氧化物(TCO)。例如，TCO可以包括氧化铟锡(ITO)。TCO可以具有类似于硅的折射率的折射率，因此尽管入射光R可以透射通过绝缘图案41，但入射光R可以从TCO全反射到单元像素UP中，由此提高光电转换器20的效率并且使邻近单元像素UP之间的光干扰最小化。
根据对比的图像传感器，可以用多晶硅填充深沟槽，多晶硅用作负偏压施加到其的电极。然而，随着最近的图像传感器逐渐缩小尺寸并且深沟槽的高宽比已经增大，多晶硅的电阻已经增大。相反，根据示例实施例，可以用低电阻金属导电图案45替换相对高电阻的多晶硅，负偏压可以容易且有效地施加到导电图案45，由此使图像传感器90中的暗电流充分地最小化。
在本示例实施例中，像素分离图案40可以成形为梯形，梯形的例如沿x方向的宽度可以在从第一表面11定向到第二表面12的方向上减小。梯形的像素分离图案40可以包括靠近第一表面11的例如沿x方向的第一宽度W1和靠近第二表面12的例如沿x方向的第二宽度W2。因此，像素分离图案40可以从信号发生器30朝向微透镜73变窄，即，变窄成使得第一宽度W1大于第二宽度W2。结果，可以增大沿第二表面12测量的像素面积A，例如，光电转换器20的光电二极管PD的面对微透镜73的表面的面积(图1和图2)，由此使入射光R在基底10的第二表面12上的接收面积最大化。如此，可以提高光电转换器20的效率和光敏性。
具体地，像素分离图案40的第二宽度W2可以是第一宽度W1的约60％至约80％。当第二宽度W2大于第一宽度W1的约90％时，入射光R照射到其的第二表面12的接收面积可以与单元像素UP中的第一表面11的面积基本相同，因此尽管像素分离图案40呈梯形，但入射光R的增加会是不显著的。此外，当像素分离图案40的第二宽度W2小于第一宽度W1的约60％时，彼此相邻的邻近单元像素UP会难以通过像素分离图案40彼此分离，由此在邻近单元像素UP之间产生光干扰。由于这些原因，像素分离图案40的第二宽度W2可以是第一宽度W1的约60％至约80％。例如，第一宽度W1可以在约80nm至约100nm的范围内，并且第二宽度W2可以在约50nm至约90nm的范围内。
在本示例实施例中，绝缘图案41的例如沿x方向的厚度可以在第一表面11和第二表面12之间是均匀的，而导电图案45的例如沿x方向的厚度可以从第一表面11到第二表面12减小。绝缘图案41可以设置为覆盖深沟槽孔DTH的内表面或侧壁的侧壁衬垫，并且导电图案45可以填满深沟槽孔DTH的可以由绝缘图案41限定的内部。因此，绝缘图案41可以具有均匀的厚度，而导电图案45可以具有不均匀的厚度。
如将参照图3至图6B所描述的，像素分离图案40可以根据图像传感器90的特性和要求进行各种修改。
图3是示出图2中的图像传感器的第一修改例的剖视图。在图3中，除了像素分离图案之外，图像传感器可以具有与图2中的图像传感器基本相同的结构。因此，在图3中，相同的附图标记表示与图2中相同的元件且将在下文中省略对相同元件的任何进一步详细描述。
参照图3，附加分离图案39a还可以设置在深沟槽孔DTH的在第一表面11附近的第一端部处，例如，附加分离图案39a可以位于深沟槽孔DTH的在第一表面11和分离图案的导电图案之间的最宽部分中。器件隔离层39可以被附加分离图案39a围绕(例如，沿它的周边围绕)，并且第一修改像素分离图案40a可以包括绝缘图案41和填充附加分离图案39a上方的深沟槽孔DTH的第一修改导电图案45a。
附加分离图案39a可以包括用于将单元像素与它的周围环境充分隔离的绝缘材料。因此，附加分离图案可以与器件隔离层39和绝缘图案41一起将邻近单元像素UP彼此分离。
例如，附加分离图案39a可以包括可以与第一表面11共面并且可以定位在基底10的边界区域处的边界表面BS以及可以定位在深沟槽孔DTH中的与边界表面BS相对的内表面IS，例如，内表面IS可以与第一修改导电图案45a接触。因此，附加分离图案39a可以具有对应于边界表面BS与深沟槽孔DTH中的内表面IS之间的间隙距离的厚度(或高度)。
具体地，附加分离图案39a可以以单元像素UP可以被附加分离图案39a围绕的这样的构造被深沟槽孔DTH中的绝缘图案41围绕。因此，信号发生器30可以被绝缘图案41和附加分离图案39a以及器件隔离层39围绕，并且因此彼此相邻的邻近信号发生器30可以彼此充分绝缘。
第一修改导电图案45a的高度可以仅通过参照器件隔离层39改变附加分离图案39a的厚度来控制。在本示例实施例中，附加分离图案39a可以具有大于器件隔离层39的厚度(或高度)。在这种情况下，第一修改导电图案45a可以填满由附加分离图案39a和绝缘图案41限定的孔空间，并且可以从内表面IS延伸到深沟槽孔的在第二表面12附近的第二端部。因此，第一修改导电图案45a的厚度(或高度)可以小于图2中的导电图案45的厚度(或高度)。
虽然本示例实施例公开了附加分离图案39a的厚度可以大于器件隔离层39的厚度，但是附加分离图案39a的厚度可以小于或等于器件隔离层39的厚度。即，可以根据图像传感器90的特性和要求来控制第一修改导电图案45a的厚度(或高度)。
在本示例实施例中，附加分离图案39a可以包括具有良好绝缘和间隙填充特性的氧化物。然而，附加分离图案39a可以包括任何其它材料以及氧化物，只要这些材料具有足够的绝缘和间隙填充特性。
邻近信号发生器30之间的信号干扰可以通过附加分离图案39a被基本最小化。此外，由于可以减小第一修改导电图案45a的高度，所以可以充分改善第一修改导电图案45a的层均匀性，由此减小深沟槽孔DTH内的第一修改导电图案45a的高宽比，例如，第一修改导电图案45a在z方向上的高度可以在相同的深沟槽孔DTH内由于在深沟槽孔DTH内的附加分离图案39a而相对于x方向上的相同宽度减小。
图4是示出图2中的图像传感器的第二修改例的剖视图。在图4中，除了像素分离图案以外，图像传感器可以具有与图2中的图像传感器基本相同的结构。因此，在图4中，相同的附图标记表示与图2中相同的元件且将在下文中省略对相同元件的任何进一步详细描述。
参照图4，第二修改像素分离图案40b可以包括绝缘图案41、保护图案43和第二修改导电图案45b。保护图案43可以布置在绝缘图案41上，并且可以具有与基底10的第一表面11共面的底表面。因此，保护图案43可以成形为深沟槽孔DTH的内表面轮廓，并且可以在第一表面11和第二表面之间具有均匀的厚度。具体地，当绝缘图案41可以在第一表面11和第二表面12之间具有均匀的厚度时，绝缘图案41和保护图案43的厚度也可以在深沟槽孔DTH中是均匀的。第二修改导电图案45b可以填充在深沟槽孔DTH的可以由保护图案43限定的空间中，因此第二导电图案45b的尺寸可以小于图2中示出的导电图案45的尺寸。结果，保护图案43可以置于第二修改导电图案45b和绝缘图案41之间。
保护图案43可以在用于形成第二修改导电图案45b的金属替换工艺中保护基底10的第二表面12。因此，保护图案43可以包括能够在金属替换工艺中保护基底的任何材料。例如，保护图案43可以包括氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任何一种材料。
具体地，当保护图案43的折射率可以小于基底10的折射率时，尽管相对于第二表面12倾斜的入射光R(在下文中，被称为倾斜光)可以穿过绝缘图案41并且第二修改导电图案45b的折射率可以大于基底10，但是倾斜光也可以被反射到相应的光电转换器20中。
图5是示出图2中的图像传感器的第三修改例的剖视图。在图5中，除了像素分离图案之外，图像传感器可以具有与图2中的图像传感器基本相同的结构。因此，在图5中，相同的附图标记表示与图2中相同的元件且将在下文中省略对相同元件的任何进一步详细描述。
参照图5，第三修改像素分离图案40c可以包括与附加分离图案39a、绝缘图案41和第三修改导电图案45c接触的第一修改保护图案43a。
例如，第一修改保护图案43a可以在垂直方向上接触绝缘图案41，并且沿由附加分离图案39a和绝缘图案41限定的孔空间的表面轮廓在水平方向上接触附加分离图案39a。即，可以通过第一修改保护图案43a和附加分离图案39a进一步减小孔空间，并且可以通过第一修改保护图案43a覆盖绝缘图案41。第三修改导电图案45c可以填充在由第一修改保护图案43a限定的孔空间中。因此，深沟槽孔DTH可以填充有绝缘图案41、附加分离图案39a、第一修改保护图案43a和第三修改导电图案45c。
除了图5中的附加分离图案39a的内表面IS接触第一修改保护图案43a之外，附加分离图案39a可以具有与图3中示出的附加分离图案39a基本相同的结构。附加分离图案39a可以以单元像素UP可以被附加分离图案39a围绕的这样的构造被深沟槽孔DTH中的绝缘图案41围绕。第一修改保护图案43a可以置于第三修改导电图案45c和绝缘图案41之间以及第三修改导电图案45c和附加分离图案39a之间。
因此，信号发生器30可以被器件隔离层39、绝缘图案41、第一修改保护图案43a和附加分离图案39a围绕，使得彼此相邻的邻近信号发生器30可以彼此更充分地绝缘。
除了第一修改保护图案43a的高度可以根据附加分离图案39a的高度小于第一保护图案43的高度之外，第一修改保护图案43a可以具有与保护图案43基本相同的结构，即，第一修改保护图案43a和保护图案43之间的高度差可以等于附加分离图案39a的高度。以相同的方式，除了第三修改导电图案45c的高度可以根据附加分离图案39a的高度小于第二修改导电图案45b的高度之外，第三修改导电图案45c可以具有与图4中的第二修改导电图案45b基本相同的结构，即，第三修改导电图案45c和第二修改导电图案45b之间的高度差可以等于附加分离图案39a的高度。
基底10可以被第一修改保护图案43a保护而免受用于形成第三修改导电图案45c的金属替换工艺的影响。另外，信号发生器30可以被绝缘图案41和附加分离图案39a以及器件隔离层39围绕。因此，彼此相邻的邻近信号发生器30可以彼此充分绝缘，由此充分地使邻近单元像素UP之间的信号干扰最小化。
此外，由于孔空间的高宽比可以通过附加分离图案39a和绝缘图案41减小，所以第一修改保护图案43a和第三修改导电图案45c可以具有减小的高宽比，例如，第一修改保护图案43a和第三修改导电图案45c的高度可以在深沟槽孔DTH内减小。结果，可以大大改善第三修改导电图案45c和第一修改保护图案43a的层特性的均匀性。
在其它修改示例实施例中，空气孔洞还可以设置在深沟槽孔DTH中，以更多地改善单元像素UP的绝缘特性。
图6A是示出图2中的图像传感器的第四修改例的剖视图。在图6A中，除了像素分离图案以外，图像传感器可以具有与图2中的图像传感器基本相同的结构。因此，在图6A中，相同的附图标记表示与图2中相同的元件且将在下文中省略对相同元件的任何进一步详细描述。
参照图6A，第四修改像素分离图案40d可以包括绝缘图案41和其中可以设置有气隙AG的导电图案45。除了气隙AG可以布置在导电图案45中之外，绝缘图案41和导电图案45可以具有与图2中的像素分离图案40的结构基本相同的结构。气隙可以包括导电图案45中的可以填充有空气的至少一个孔洞。因此，将在下文中省略对绝缘图案41和导电图案45的任何详细描述。
由于深沟槽孔DTH的高的高宽比，导致在导电图案45的形成过程中可以产生至少一个孔洞，并且空气可以填充在孔洞中，由此在导电图案45中形成气隙AG。因此，第四修改像素分离图案40d的绝缘特性可以例如由于空气的绝缘程度而改善那么多，并且单元像素UP可以在图像传感器90中彼此更充分地分离。即，邻近单元像素UP之间的串扰缺陷可以由于导电图案45中的气隙AG而被最小化。
例如，用于形成导电图案45(或图11I中的导电层450a)的工艺条件可以以至少一个孔洞可以产生在深沟槽孔DTH中的导电图案45中的这样的方式来控制。孔洞的尺寸可以由深沟槽孔DTH的工艺条件和高宽比确定并且可以形成为气泡。
图6B是示出图6A中的图像传感器的第五修改例的剖视图。在图6B中，除了像素分离图案之外，图像传感器可以具有与图6A中的图像传感器基本相同的结构。因此，在图6B中，相同的附图标记表示与图6A中相同的元件且将在下文中省略对相同元件的任何进一步详细描述。
参照图6B，第五修改像素分离图案40e可以包括绝缘图案41和覆盖绝缘图案41的导电衬垫45d，因此孔空间的由导电衬垫45d限定的剩余部分(即，深沟槽孔DTH的剩余部分)可以被设置为沟槽间隙TG。即，孔洞可以沿深沟槽孔DTH延伸成线形，并且线形孔洞可以填充有空气。即，填充有空气的线形孔洞可以设置为深沟槽孔DTH中的沟槽间隙TG。
例如，导电材料可以通过精确厚度可控沉积工艺(例如，原子层沉积(ALP)工艺)在绝缘图案41上沉积(例如,共形地沉积)至预定厚度。因此，可以在绝缘图案41上沿深沟槽孔DTH的表面轮廓形成薄导电层，就像覆盖绝缘图案41的衬垫一样，由此形成导电衬垫45d。因此，深沟槽孔DTH的由导电衬垫45d限定的孔空间可以设置为沟槽间隙TG。在本示例实施例中，绝缘图案41和导电衬垫45d可以具有基本相同的厚度。
在本示例实施例中，导电衬垫45d可以以在第一表面11附近的第一端部可以被导电衬垫45d封闭并且在第二表面12附近的第二端部可以敞开的这样的构造形成在深沟槽孔DTH中。此后，可以仅通过控制用于形成图11K中示出的缓冲层600的工艺条件来封闭深沟槽孔DTH的敞开的第二端部。因此，沟槽间隙TG可以形成为填充有空气的封闭空间。单元像素UP可以被沟槽间隙TG中的具有比图6A中的气隙AG大得多的尺寸的体空气围绕，并且邻近单元像素UP可以通过沟槽间隙TG中的空气彼此充分绝缘。因此，由于第五修改像素分离图案40e的改善的绝缘特性，可以充分防止由暗电流和串扰缺陷引起的各种噪声。
再次参照图2，布线结构50可以布置在基底10的第一表面11上。布线结构50可以包括插塞结构53和可以连接到信号发生器30的金属布线51，以及至少一个绝缘夹层52。多个绝缘夹层52可以堆叠在基底10的第一表面11上，并且多条金属布线51可以布置在每个绝缘夹层52上。
金属布线51可以包括低电阻导电金属。低电阻导电金属的示例可以包括铜(Cu)、钨(W)、钛(Ti)、铝(Al)等。这些可以单独使用或以它们的组合使用。例如，布线结构50可以通过用于半导体装置的布线工艺(例如，线的后端(BEOL)工艺)形成。
缓冲层60可以布置在基底10的第二表面12上。缓冲层60可以包括单层或多层结构。在本示例实施例中，缓冲层60可以包括金属氧化物层61、抗反射层62和钝化层63。
金属氧化物层61可以消除第二表面12的表面缺陷(所述表面缺陷可以在用于形成第二表面12的基底工艺中产生)由此使由第二表面12的表面缺陷引起的噪声最小化。抗反射层62可以防止透射通过透光单元70的入射光R从单元像素UP向外反射，由此提高光电转换器20的效率。钝化层63可以包括例如氧化硅。
因为像素分离图案40可以穿透基底10，所以像素分离图案40可以与缓冲层60接触。虽然本示例实施例公开了像素分离图案40可以接触(例如，直接接触)金属氧化物层61，但是当缓冲层60不包括金属氧化物层61时，像素分离图案40也可以与抗反射层62接触。
透光单元70可以布置在缓冲层60上，并且入射光R可以通过透光单元70到达光电转换器20。例如，透光单元70可以包括滤色器71和微透镜73。
滤色器71可以按照单元像素UP布置在缓冲层60上，并且可以按照波长过滤入射光，使得仅光的对应于滤色器的特定波长可以透射通过滤色器71并且到达光电转换器20。即，特定颜色的光可以透射通过对应的滤色器71，并且可以在每个对应的单元像素UP中实现对象的颜色信息。入射光R可以通过微透镜73聚焦到单元像素UP。
滤色器71可以按照单元像素UP布置在缓冲层60上，因此，滤色器71和单元像素UP可以一一对应。因此，可以将多个滤色器71以与像素矩阵对应的矩阵形状设置为滤色器阵列。例如，滤色器阵列可以包括具有红色滤波器、绿色滤波器和蓝色滤波器的拜耳图案。
微透镜73可以按照单元像素UP布置在滤色器71上。微透镜73可以以入射光R可以聚焦到每个单元像素UP中的光电转换器20上的这样的方式来改变入射光R的路径。多个微透镜73可以以与像素矩阵对应的矩阵形状设置为微透镜阵列。
根据图像传感器90的上述示例实施例，可以在像素分离图案40中设置包括低电阻金属的导电图案45，并且可以将负偏压施加到导电图案45。因此，可以在单元像素UP中有效地去除光电转换器20和像素分离图案40之间的边界表面上的暗电流。在传统的图像传感器中，由于导电图案可以包括相对高的电阻的多晶硅，所以负偏压可能无法稳定地施加到像素分离图案的导电图案，这通常导致由图像传感器中的暗电流引起的噪声缺陷。相反，在示例实施例中，通过在图像传感器90中用本导电图案45的低电阻金属替换传统导电图案的多晶硅，可以充分减少或防止由暗电流引起的噪声缺陷。
具体地，导电图案45可以包括折射率小于基底的折射率的材料，因此倾斜光(即，以倾斜角入射的倾斜光)可以反射到相应的光电转换器20中。另外，导电图案45可以包括具有良好全反射特性的透明导电氧化物(TCO)，并且因此尽管一些入射光R可以透射通过绝缘图案41，但入射光R可以从TCO全反射到单元像素UP中，由此提高光电转换器20的效率并且使邻近单元像素UP之间的光干扰最小化。
此外，像素分离图案40可以成形为其中宽度可以从布线结构50布置在其上的第一表面11朝向缓冲层60布置在其上的第二表面12减小的梯形。由于第二表面12可以对应于基底10的背侧或后表面，并且入射光R可以入射到第二表面12上，所以图像传感器90可以被构造成背侧照明(BSI)结构，并且梯形像素分离图案40可以扩大入射光R的接收面积，由此提高图像传感器90的效率。
在下文中，将参照图7至图10详细描述具有图像传感器90的图像传感器模块。
图7是根据示例实施例的图像传感器模块1000的框图，图8是示出图像传感器模块1000的图像传感器910的平面图。图9是沿图8中的线II-II'的剖视图，图10是图像传感器910的单元像素的电路图。
参照图7至图9，根据示例实施例的图像传感器模块1000可以包括图像传感器910和图像信号处理器(ISP)950，图像传感器910响应于入射光产生对象的图像信息，图像信号处理器(ISP)950由从图像传感器910产生的图像信息来产生对象的图像数据。
例如，图像传感器910可以包括像素单元Px、参考像素单元RPx和连接器单元P，像素单元Px、参考像素单元RPx和连接器单元P可以分别布置在基底100的照明区域IA、黑色区域BA和接触区域CA上。像素单元Px可以包括参照图1至图6B详细描述的以多个单元像素UP可以布置在基底100的照明区域1A上的这样的构造的图像传感器90。像素单元Px可以布置在基底100的中心部分，并且可以响应于入射光产生多个光电子。参考像素单元RPx可以在基底100的外围区域处布置在黑色区域BA上，并且连接器单元P可以在基底100的垫区域处布置在接触区域CA上。
基底100可以包括具有至少一个层的半导体基底。基底100的前表面可以设置为基底100的第一表面101，基底100的后表面或后侧表面可以设置为基底100的第二表面102。
基底100可以被深沟槽孔DTH分成多个均匀的单元区域UA。照明区域IA中的单元区域UA可以被设置为用于响应于入射光用于产生光电子的像素区域A，并且黑色区域BA的单元区域UA可以被设置为用于产生用于与照明区域IA中的光电子进行比较的参考电荷的参考单元区域B。接触区域CA的单元区域UA可以设置为连接器单元P可以充分地定位在其中的接触余量区域C。深沟槽孔DTH可以填充有在下文中详细描述的像素分离图案400，因此，每个单元区域UA可以被像素分离图案400围绕，并可以由像素分离图案400与相邻单元区域UA绝缘。像素区域A和参考单元区域B的每个单元区域UA可以包括光电转换器200和信号发生器300，光电转换器200用于响应于入射光产生光电子，信号发生器300用于根据光电子产生电信号。因此，可以将像素区域A和参考单元区域B的每个单元区域UA设置为图像传感器910的单元像素UP。多个单元像素UP可以以矩阵形状布置在基底的中心区域和外围区域上。
至少一个光电转换器200可以布置在单元像素UP中，并且可以响应于入射光产生光电子。例如，光电转换器200可以包括光电二极管、光电晶体管和光电门、钉扎光电二极管(PPD)等。例如，光电转换器200可以以光电转换器200可以被定位在光可以入射到其上的第二表面102附近的这样的构造而被深地定位在单元像素UP中。另外，由于像素分离图案400可以成形为梯形，所以单元像素UP可以成形为倒梯形，因此光电转换器200的光接收区域可以在图像传感器910中被扩大。
信号发生器300可以在每个单元像素UP处布置在基底100的第一表面101的表面部分处，并且可以基于光电转换器200中的光电子来产生电信号。电信号可以包括关于对象的图像信息。阱区W可以置于光电转换器200和基底100的第一表面101之间，并且可以将具有不同于光电转换器200的半导体类型的杂质注入到阱区W的表面部分上，由此在基底100的第一表面101上形成有源区。阱区W上的有源区可以由器件隔离层限定，并且信号发生器300可以布置在阱区W中的有源区上。
信号发生器300可以包括传输晶体管310、浮置扩散节点320和至少一个信号晶体管330。传输晶体管310可以将光电子从光电转换器200传输到浮置扩散节点320，并且可以在浮置扩散节点320处累积多个光电子。信号晶体管330可以连接到浮置扩散节点320，并且可以产生与浮置扩散节点320中累积的光电子的电位差或电压对应的电信号。
参照图10，在本示例实施例中，信号晶体管330可以包括用于从浮置扩散节点320对光电子进行放电的复位晶体管Rx、用于放大浮置扩散节点320的电压的源极跟随器晶体管SF以及用于响应于选择信号检测浮置扩散节点320的放大电压的选择晶体管Sx。浮置扩散节点320(即，图10中的浮置扩散节点FD)可以连接到复位晶体管Rx的源极，并且同时连接到源极跟随器晶体管SF的栅电极。源极跟随器晶体管SF可以连接到选择晶体管Sx。
光电转换器200和信号发生器300可以分别具有与图1和图2中的图像传感器90的光电转换器20和信号发生器30基本相同的结构。因此，省略对光电转换器200和信号发生器300的任何详细描述。
接触余量区域C可以被设置为用于形成连接器单元P的工艺的工艺余量区域。因此，光电转换器200和信号发生器300可以不布置在接触余量区域C中。
限定单元区域UA的像素分离图案400可以穿透基底100，并且可以被设置为与第一表面101和第二表面102两者都接触的穿透结构。在本示例实施例中，像素分离图案400可以包括折射率小于基底100的折射率的绝缘图案410和填充到绝缘图案410中的金属导电图案450。
像素分离图案400可以用作用于在基底100的照明区域IA和黑色区域BA中将单元像素UP单独分离的像素分离图案，并且可以用作用于在基底100的接触区域CA中确定接触余量区域C的尺寸的尺寸因子。即，可以通过像素分离图案400将基底100的每个单元区域UA彼此分离和隔离。
在本示例实施例中，绝缘图案410可以设置为覆盖深沟槽孔DTH的侧壁或内侧表面的侧壁衬垫，并且导电图案450可以与绝缘图案410一起填满深沟槽孔DTH。因此，导电图案450可以在深沟槽孔DTH中被绝缘图案410围绕。
绝缘图案410可以包括折射率小于基底100的折射率的氧化物，例如，氧化硅(SiO2)，并且导电图案450可以包括低电阻金属，例如，氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钨(W)、铜(Cu)等。这些可以单独使用或以它们的组合使用。因此，导电图案450可以用作用于负偏压的有效电极。
具体地，导电图案450可以通过如将在下文中详细描述的金属替换工艺形成在第二表面102上。因此，可以充分保护可以布置在第一表面101的表面部分上的信号发生器300不受金属替换工艺的影响，并且可以充分防止或最小化在用于形成导电图案450的工艺中对信号发生器300的损坏。另外，由于负偏压可以被稳定地施加到导电图案450，暗电流可以从绝缘图案410和光电转换器200之间的边界表面充分减小或去除。
在修改的示例实施例中，导电图案450可以包括具有良好全反射特性的透明导电氧化物(TCO)。因此，尽管入射光R可以透射通过绝缘图案410，但入射光R可以从TCO全反射到单元像素UP中，由此提高光电转换器200的效率并且使邻近单元像素UP之间的光干扰最小化。
在本示例实施例中，像素分离图案400可以成形为其的宽度可以从第一表面101到第二表面102减小的梯形。因此，单元区域UA的表面积可以从第一表面101到第二表面102增加，并且像素分离图案400可以成形为围绕基底100的单元区域UA的中空截头棱锥。具体地，单元像素UP的表面积的在照明区域IA和黑色区域BA处的增加可以导致光接收区域的增大。因此，光电转换器200的光敏性和效率可以通过单元像素UP的倒梯形形状来充分提高。
像素分离图案400还可以包括用于覆盖绝缘图案410的保护图案。在这种情况下，绝缘图案410、保护图案和导电图案450可以具有均匀或不均匀的厚度。
像素分离图案400可以具有与像素分离图案40基本相同的结构，并且参照图1至图5详细描述第一、第二和第三修改像素分离图案40a至40c。因此，省略对像素分离图案400的进一步详细描述。
布线结构500可以布置在基底100的第一表面101上，并且缓冲层600可以布置在基底100的第二表面上。
布线结构500可以包括连接到信号发生器300的导电线、至少一个插塞、至少一条金属布线以及覆盖导电线并使导电线绝缘的层间绝缘层。缓冲层600可以包括金属氧化物层、抗反射层和钝化层。因为像素分离图案400可以穿透基底100，所以像素分离图案400可以与缓冲层600接触。布线结构500和缓冲层600可以分别具有与如参照图1和图2详细描述的布线结构50和缓冲层60基本相同的结构，因此省略对布线结构500和缓冲层600的任何进一步详细描述。
低电阻覆盖层650可以布置在缓冲层600上。覆盖层650可以包括具有低电阻的导电材料。
照明区域IA中的覆盖层650可以布置在对应于像素分离图案400的缓冲层600上，并且像素区域A可以被覆盖层650围绕。即，照明区域IA中的覆盖层650可以用作用于将可以倾斜地照射到单元像素UP的外围部分的倾斜光反射到单元像素UP中的光电转换器200的栅格图案651。例如，如图9中所示，照明区域IA中的栅格图案651可以在顶视图中具有栅格形状，该栅格形状定位在像素分离图案400上以与导电图案450的顶表面叠置，例如，并且暴露光电转换器200和绝缘图案410。
黑色区域BA中的覆盖层650可以横跨整个黑色区域BA布置在缓冲层600上，例如，在黑色区域BA中连续地覆盖整个缓冲层600，因此可以照射到参考像素单元RPx上的光可以以最小光可以到达参考像素单元RPx的这样的方式被充分阻挡。因此，黑色区域BA中的覆盖层650可以用作光学阻挡图案653。响应于最小光从参考像素单元RPx产生的光电子可以被设置为从像素单元Px产生的光电子的参考电荷或参考电压。当像素单元Px产生大于参考电荷的光电子时，像素单元Px可被分类为有效像素，并且当像素单元Px产生小于参考电荷的光电子时，像素单元Px可被分类为基底100的照明区域IA中的无效像素。
接触区域CA中的覆盖层650可以用作接触结构800的接触垫655。接触孔CH可以穿透接触垫655、缓冲层600、基底100和布线结构500，并且接触结构800可以填满接触孔CH。
接触结构800可以包括布置在接触孔CH的内表面和底部上并且可以连接到缓冲层600上的接触垫655的接触延伸件810。接触结构800还可以包括在接触延伸件810上填满接触孔CH的绝缘柱890，例如，绝缘柱890可以被接触延伸件810围绕。因此，接触延伸件810的位于第一表面101附近的第一端部可以接触布线结构500和ISP 950，并且接触延伸件810的位于第二表面102附近的第二端部可以接触接触垫655。在本示例实施例中，接触延伸件810可以与覆盖层650同时形成，使得接触延伸件810和接触垫655可以以一个主体彼此一体地形成(例如，连续地形成为单个层)。
具体地，接触结构800可以在基底100的接触区域CA中定位在由像素分离图案400限定的接触余量区域C处。因此，用于形成接触结构800的形成工艺可以以足够的工艺余量进行，由此提高接触结构800的可靠性。另外，接触结构800可以通过像素分离图案400与另一接触结构分离，由此防止接触结构800与邻近接触结构之间的电干扰。
虽然本示例实施例公开了接触孔CH可以填充有绝缘柱890和接触延伸件810，但是绝缘柱可以不提供给接触孔CH，并且可以在接触孔CH的中心部分中设置被接触延伸件810围绕的孔洞。在这种情况下，在接触孔CH中彼此面对的接触延伸件810可以通过填满孔洞的空气彼此绝缘。
透光单元700可以在像素区域A中布置在缓冲层600上。透光单元700可以包括滤色器710和微透镜730，滤色器710在每个单元像素UP处覆盖由栅格图案651限定的缓冲层600，微透镜730布置在滤色器710上并将入射光聚焦到单元像素UP上。滤色器710可以按照波长过滤入射光，并且微透镜730可以改变入射光朝向光电转换器200的路径。
透光单元700可以具有与如参照图1和图2详细描述的图像传感器90的透光单元70基本相同的结构。因此，省略对透光单元700的任何详细描述。
与对象的图像对应的电信号(有时被称为图像信号)可以通过下面的机制从单元像素UP产生。
参照图7和图10，首先，图像传感器910可以被设定为其中光可以被阻挡到达单元像素UP并且每个单元像素UP可以不暴露于光的黑色状态。然后，当向复位晶体管Rx(图8中的元件330的一部分)的漏电极和源极跟随器晶体管SF(图8中的元件330的一部分)的漏电极施加电源电压Vdd时，复位晶体管Rx可以在备用状态下导通。因此，浮置扩散节点FD(图8中的元件320)中的大部分电荷可以被去除，并且浮置扩散节点FD可以在每个单元像素UP中被完全放电。
当浮置扩散节点FD被充分放电时，复位晶体管Rx可以截止。在这种情况下，可以响应于入射光在光电转换器200中产生光电子，并且可以将光电子传输到浮置扩散节点FD。当从对象反射的入射光可以入射到具有PN结光电二极管的光电转换器200上时，可以在光电转换器200中产生电子-空穴对。即，可以在光电转换器200中产生作为空穴和电子的光电子。空穴可以在光电二极管的P型区域中累积，电子可以在光电二极管的N型区域中累积。光电二极管的N型区域中的电子可以通过传输晶体管Tx(图8中的元件310)传输到浮置扩散节点FD，因此电子或光电子可以在浮置扩散节点FD中累积。
源极跟随器晶体管SF的栅极偏压可以根据浮置扩散节点FD中的光电子量而改变，并且源极跟随器晶体管SF的源电极的电位可以改变。在这种情况下，选择晶体管Sx(图8中的元件330的一部分)可以导通，并且可以经由列线检测浮置扩散节点FD的电位或电压作为电信号Vout。
具体地，由于其中可以布置光电二极管的像素区域A可以被像素分离图案400围绕，所以电子可以被俘获在像素分离图案400和光电二极管之间的边界表面上。然而，由于像素分离图案400的导电图案450可以包括低电阻金属，所以负偏压可以很好地稳定施加到导电图案450，结果，可以在每个单元像素UP中充分防止在分离图案的边界表面处的电荷俘获。因此，暗电流可以在每个单元像素UP中被充分地最小化。
从图像传感器910产生的电信号可以被传输到ISP 950以产生对象的图像数据。ISP 950可以包括用于向图像传感器910施加操作信号的操作驱动器951、用于检测来自图像传感器910的电信号(图像信号)作为检测信号的信号检测器953以及用于选择性地控制操作信号和检测信号的时序发生器955。用于临时存储检测信号的信号缓冲器957还可以设置有图像传感器模块1000。
图像传感器910的每个单元像素UP可以被诸如像素选择信号、复位信号和电荷传输信号的操作信号激活。每个单元像素UP的图像信号可以作为模拟信号由信号检测器953的列解码器953a和相关双采样器(CDS)953b检测到。
操作驱动器951可以包括行解码器951a和行驱动器951b，行解码器951a用于选择可以布置成矩阵形状(像素矩阵)的单元像素UP的驱动行，行驱动器951b用于将操作信号传输到驱动行。因此，可以将操作信号同时传输到像素矩阵的同一行上的多个单元像素UP。
信号检测器953可以检测来自图像传感器910的每个单元像素UP的电信号。例如，信号检测器953可以包括用于选择像素矩阵的读取列的列解码器953a、CDS 953b和用于将模拟信号转换为数字信号的模数转换器953c。
CDS 953b可以检测指示像素单元Px中的光电子的电位的单元电压以及指示参考像素单元RPx中的光电子的电力部分的参考电压，并且可以进行相关双采样处理。CDS 953b可以通过相关双采样处理提取像素单元Px的有效信号，并且可以选择有效信号作为对应于有效像素单元Px的模拟采样信号。CDS 953b可以包括多个CDS电路，每个CDS电路可以连接到像素矩阵的每个读取列并且可以通过读取列检测模拟采样信号。然后，可以通过ADC953c将模拟采样信号转换为数字信号。
时序发生器955可以向行解码器951a和列解码器953a提供时序信号，并且可以控制可以向其施加操作信号的驱动行和可以从其检测电信号的读取列。
信号缓冲器957可以临时存储由信号检测器953检测的数字图像(电)信号，并且可以按照列解码器953a的解码顺序将数字图像信号顺序传输到视频信号处理器。
在本示例实施例中，图像传感器910可以设置在基底100上，ISP 950可以设置在与基底100不同的另一基底上。因此，图像传感器910和ISP 950可以通过接触结构800彼此连接。
例如，图像传感器910可以作为图11F中的单个图像传感器芯片ISC设置在基底100上并且ISP 950可以作为图11F中的逻辑芯片LC设置在附加基底958上。逻辑芯片LC和图像传感器芯片ISC可以通过接触结构800彼此电连接。如将参照图11F所描述的，图像传感器芯片ISC和逻辑芯片LC可以通过芯片缩放工艺彼此结合，并且图像传感器芯片ISC的布线结构500可以通过接触结构800连接到逻辑芯片LC的附加布线结构959。例如，接触结构800可以包括硅穿孔(TSV)结构。
例如，操作驱动器951、信号检测器953、时序发生器955和信号缓冲器957可以布置在附加基底958(图11F)上，并且可以通过附加布线结构959彼此电连接。在这种情况下，接触结构800可以布置在接触余量区域C中，接触余量区域C可以具有足够的尺寸以防止邻近接触结构800之间的电干扰。
具体地，由于像素分离图案400可以成形为梯形形状，所以接触余量区域C在第二表面102处的表面积可以大于第一表面101处的表面积。由于用于形成接触孔CH的蚀刻工艺可以在基底100的第二表面102上进行，因此可以由于接触余量区域C的倒梯形形状而充分地提供用于蚀刻工艺的工艺余量。
虽然本示例实施例公开了图像传感器910和ISP 950可以分别设置在不同的基底上，但是图像传感器910和ISP 950也可以设置在相同的基底上。在这种情况下，在图像传感器模块1000中可以不需要接触结构800。
根据图像传感器模块1000的本示例实施例，像素分离图案400的导电图案450可以包括低电阻金属，因此负偏压可以稳定地施加到导电图案450。因此，可以使由于多晶硅的相对高的电阻引起的负偏压的不稳定施加最小化，并且结果可以有效地去除图像传感器模块1000中的暗电流。
此外，像素分离图案400可以成形为其中宽度可以从布线结构500可以布置在其上的第一表面101到缓冲层600可以布置在其上的第二表面102减小的梯形。由于第二表面102可以对应于基底100的背侧或后表面，并且入射光可以照射到第二表面102上，所以图像传感器910可以被构造为背侧照明(BSI)结构，并且梯形像素分离图案400可以扩大入射光的接收面积，由此提高图像传感器模块1000的效率。
在下文中，将参照图11A至图13C详细描述制造图像传感器910的方法。
图11A至图11O是示出制造图7至图10中的图像传感器模块1000的方法中的阶段的剖视图。
参照图11A，可以对具有照明区域IA、黑色区域BA和接触区域CA的基底100进行离子注入工艺，由此在基底100的照明区域IA和黑色区域BA中形成阱区域W和光电转换器层200a。
基底100可以包括可对其进行离子注入工艺的第一表面101以及与第一表面101相对的第二表面102。例如，基底100可以包括具有掺杂有p型杂质的p型阱的体硅基底以及具有p型体硅基底和p型体硅基底上的p型外延层的半导体基底。
多个单元区域UA可以布置在基底100上。例如，多个像素区域A可以以矩阵形状布置在基底100的照明区域IA上。像素区域A的矩阵被称为像素矩阵。多个参考像素区域B可以沿像素矩阵的每行或每列布置在基底100的黑色区域BA上。考虑到用于形成接触结构800的工艺余量，至少一个接触余量区域C可以布置在基底100的接触区域CA上。因此，单元区域UA可以包括像素区域A、参考像素区域B和接触余量区域C。
可以将入射光照射在照明区域IA上，并且可以响应于入射光来产生光电子作为像素电荷。可以在黑色区域BA中阻挡入射光，并且可以将最小光照射到黑色区域BA。因此，可以响应于最小光来产生光电子作为参考电荷。参考电荷可以被设置为像素电荷的参考值。可以在基底100的接触区域CA上形成接触结构800。
可以以照明区域IA和黑色区域BA可以被掩模图案暴露并且接触区域CA可以被掩模图案覆盖的这样的方式在基底100上形成掩模图案。此后，可以使用掩模图案作为离子注入掩模对基底100进行离子注入工艺。
例如，由于可以在基底100的第一表面的表面部分处形成p型阱区W，所以可以将多个n型杂质掺杂到阱区W下方的基底中，由此在基底100的照明区域IA和黑色区域BA中的阱区W下方形成n型掺杂剂层。因此，可以将n型掺杂剂层和p型阱区W形成为PN结二极管，并且可以在基底100的照明区域IA和黑色区域BA中形成光电转换器层200a。
虽然本示例实施例公开了在像素分离图案400之前形成光电转换器层200a，但是也可以在光电转换器层200a之前形成像素分离图案400。
然后，可以在基底100的阱区W中形成器件隔离层390，并且可以将阱区W的由器件隔离层390限定的一些部分设置为有源区。例如，可以通过浅沟槽隔离(STI)工艺形成器件隔离层390。
参照图11B，可以以单元区域UA可以被深沟槽DT围绕的这样的方式从第一表面101形成深沟槽DT。具体地，可以以深沟槽DT的宽度可以从第一表面101减小并且深沟槽DT可以向下变窄到基底100中的这样的构造将深沟槽成形为倒梯形。
可以以单元区域UA可以被掩模图案覆盖并且单元区域UA的外围部分可以被掩模图案暴露的这样的方式在第一表面101上形成掩模图案。然后，可以通过使用掩模图案作为蚀刻掩模的蚀刻工艺来部分去除基底100，由此形成围绕单元区域UA的深沟槽DT。
可以对基底100进行干法蚀刻或湿法蚀刻工艺，直到基底100可以在单元区域UA附近凹陷至预定深度。因此，阱区W和光电转换器层200a可以部分地从基底100去除。深沟槽DT的底表面TBS可以布置在基底100的第二表面附近。在这种情况下，深沟槽DT的侧表面TSS可以以深沟槽DT可以从第一表面101到第二表面102向下变窄的这样的方式倾斜。
参照图11C，可以在第一表面101上将虚设分离层470a形成至足够的厚度以填满深沟槽DT。可以沿深沟槽DT的表面轮廓在深沟槽DT的底表面TBS和侧表面TSS上以及第一表面101上形成绝缘层410a。然后，可以在绝缘层410a上将虚设层420a形成至足够的厚度以填满深沟槽DT。
绝缘层410a可以消除由用于形成深沟槽DT的蚀刻工艺导致的对基底的损坏，并且可以将光朝向像素区域A和参考像素区域B反射。例如，绝缘层410a可以包括氧化硅，并且可以通过原子层沉积(ALD)工艺或热氧化工艺形成。具体地，绝缘层410a可以形成为沿深沟槽DT的表面轮廓在基底100的第一表面101上延伸的衬垫。因此，尽管深沟槽DT的尺寸缩小，但是可以获得图11D中的虚设图案420的足够的宽度，结果，图11J中的金属导电图案450可以形成为尽可能地足够厚。
另外，绝缘层410a可以包括折射率小于基底100的折射率的绝缘材料，由此将倾斜照射到图11D中的绝缘图案410的倾斜光折射到像素区域A和参考像素区域B。在本示例实施例中，绝缘层410a可以具有约1.5的折射率。
虽然本示例实施例公开了绝缘层410a可以包括氧化硅，但是任何其它材料也可以用于绝缘层410a，只要该材料可以具有足够小的折射率并且由用于形成深沟槽DT的蚀刻工艺导致的对基底100的损坏可以由于该材料被充分消除。例如，绝缘图案410可以包括氮化硅或氮氧化硅。
此后，可以通过沉积工艺在绝缘层410a上将虚设层420a形成至足够的厚度，以填满深沟槽DT。具体地，虚设层420a可以包括相对于基底100和绝缘层410a具有足够的蚀刻选择性的虚设材料。虚设材料的示例可以包括硅锗(SiGe)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、硼硅酸盐玻璃(BSG)、多晶硅等。这些可以单独使用或以它们的组合使用。
参照图11D，可以通过平坦化工艺从基底100部分地去除虚设分离层470a，直到暴露第一表面101为止，由此在深沟槽DT中形成虚设分离图案470。因此，可以由虚设分离图案470限定单元区域UA。
例如，可以对虚设分离层470a进行化学机械抛光工艺，直到暴露第一表面101。因此，虚设分离层470a可以仅保留在深沟槽DT中，由此形成具有绝缘图案410和虚设图案420的虚设分离图案470。
具体地，绝缘层410a可以仅保留在深沟槽DT的侧表面TSS和底表面TBS上，由此在深沟槽DT的侧表面TSS和底表面TBS上形成绝缘图案410。另外，虚设层420a可以仅保留在由绝缘图案410限定的深沟槽DT中，由此形成填充深沟槽DT并被绝缘图案410围绕的虚设图案420。绝缘图案410可以在深沟槽DT的侧表面TSS和底表面TBS上具有均匀的厚度，并且虚设图案420可以形成为颠倒的梯形形状。
可以按照像素区域A和参考像素区域B分离光电转换器层200a，由此在每个像素区域A并且在每个参考像素区域B中形成光电转换器200。在本示例实施例中，光电转换器200可以形成为PN结光电二极管。
参照图11E，可以在基底100上顺序地形成信号发生器300和布线结构500。信号发生器300可以产生与对象的图像对应的电信号，并且布线结构500可以连接到信号发生器300。
例如，可以对阱区W的有源区进行半导体制造工艺的线的前端(FEOL)工艺，以在有源区上形成传输晶体管310、浮置扩散节点320和信号晶体管330作为信号发生器300。在本示例实施例中，信号发生器300可以在阱区W中形成在有源区的表面部分处。然而，传输晶体管310、浮置扩散节点320和信号晶体管330的布置可以根据图像传感器910的特性和要求而改变。因此，传输晶体管310、浮置扩散节点320和信号晶体管330中的一些可以布置在有源区中，而其它的可以布置在有源区上。
传输晶体管310可以在阱区域W中从第一表面101向下延伸，并且传输晶体管310的端部可以定位在光电转换器200附近。即，可以将传输晶体管310设置为垂直传输晶体管。因此，光电子可以从光电转换器200有效地传输到浮置扩散节点320。
浮置扩散节点320可以定位在传输晶体管310附近，并且光电子可以从光电转换器200传输并在浮置扩散节点320中累积。浮置扩散节点320可以通过离子注入工艺形成在第一表面101的位于传输晶体管310和器件隔离层390之间的表面部分处。浮置扩散节点320可以具有不同于阱区W的半导体类型。因此，在本示例实施例中，浮置扩散节点320可以通过将n型掺杂剂注入到阱区W的有源区上来形成。
信号晶体管330可以根据在浮置扩散节点320处累积的光电子来产生电信号。电信号可以指示可以从其反射入射光的对象的图像信息。因此，如果有必要，电信号可以被称为图像信号。电信号可以被传送到ISP 950，并且ISP950可以处理图像信号以产生对象的图像数据。
至少一个信号晶体管330可以形成在阱区W的有源区上。有源区的其上形成有传输晶体管310、浮置扩散节点320和信号晶体管330的部分可以彼此不同，并且相邻有源区可以通过器件隔离层390彼此隔离。例如，信号晶体管330可以包括用于使光电子从浮置扩散节点320放电的复位晶体管、用于放大浮置扩散节点320的电压的源极跟随器晶体管以及用于响应于选择信号来检测浮置扩散节点320的放大电压的选择晶体管。浮置扩散节点320可以连接到复位晶体管的源电极，并且同时连接到源极跟随器晶体管SF的栅电极。源极跟随器晶体管SF可以连接到选择晶体管。
根据图像传感器模块1000的构造和要求，复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管中的全部可以形成在像素区域A上，或者复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管中的一些可以形成在与像素区域A相邻的附加晶体管区域上。
每个像素区域A可以包括光电转换器200和信号发生器300，并且可以通过虚设分离图案470与邻近像素区域A分离。因此，每个像素区域A可以形成为图像传感器的单元像素UP。多个单元像素UP可以以矩阵形式布置，并且像素单元Px可以形成在基底100的照明区域IA中。由于可以在每个像素区域A处形成单元像素UP，所以可以以像素矩阵来布置多个单元像素UP。
每个参考像素区域B可以包括光电转换器200和信号发生器300，并且可以通过虚设分离图案470与邻近参考像素区域B分离。因此，每个参考像素区域B可以形成为图像传感器的参考单元像素RPx。参考单元像素RPx可以响应于最小光来产生参考电荷。至少一个参考单元像素RPx可以沿像素矩阵的列或行布置，并且参考单元像素RPx可以形成在基底100的黑色区域BA中。
可以通过掩模图案来保护接触区域CA免受用于形成信号发生器300的FEOL工艺的影响。因此，接触区域CA的单元区域UA可以包括由虚设分离图案470限定的体硅，并且可以被设置为接触余量区域C。
当完成信号发生器300的形成时，可以对基底100的第一表面101进行诸如BEOL工艺的半导体芯片布线工艺，由此形成可以连接到信号发生器300的布线结构500。
例如，可以在第一表面101上将第一绝缘夹层521形成至信号发生器300可以被第一绝缘夹层521覆盖的这样的厚度，并且可以以第一插塞P1可以连接到信号发生器300的这样的方式，穿过第一绝缘夹层521来形成第一插塞P1。然后，可以以下金属布线M0可以与第一插塞P1接触的这样的方式在第一绝缘夹层521上形成下金属布线M0。然后，可以在第一绝缘夹层521上形成用于覆盖下部金属布线M0的第二绝缘夹层522，并且可以穿过第二绝缘夹层522形成第二插塞P2以接触下金属布线M0。可以以第一金属布线M1可以接触第二插塞P2的这样的方式，在第二绝缘夹层522上形成第一金属布线M1。可以在第二绝缘夹层522上形成第三绝缘夹层523，并且可以通过第三绝缘夹层523使第一金属布线M1与周围环境绝缘。
因此，下金属布线M0、第一金属布线M1、第一插塞P1和第二插塞P2可以构成导电线510。第一绝缘夹层至第三绝缘夹层521、522和523可以构成绝缘层520，由此形成布线结构500。
因此，可以在基底100中形成单元像素UP和参考单元像素RPx，并且可以在基底100的照明区域IA和黑色区域BA中在基底的表面部分处形成信号发生器300。然后，可以横跨基底100的照明区域IA、黑色区域BA和接触区域CA形成布线结构500，由此形成图像传感器910。
具体地，图像传感器910可以形成为单个图像传感器芯片ISC，并且图像信号处理器950可以形成为单个逻辑芯片LC。然后，如在下文中详细描述的，可以通过半导体封装工艺将像素芯片和逻辑芯片彼此结合，由此形成图像传感器模块1000。
参照图11F，可以通过使用附加基底958将ISP 950制造成单独的逻辑芯片LC，并且可以将ISP 950结合到图像传感器芯片ISC。例如，可以通过传统的半导体制造工艺在附加基底958上形成ISP 950的操作器件OD，诸如操作驱动器951、信号检测器953、时序发生器955和信号缓冲器957。操作驱动器951、信号检测器953、时序发生器955和信号缓冲器957可以具有与参照图7至图10详细描述的结构基本相同的结构，因此省略了对相同操作器件OD元件的任何进一步详细描述。
然后，可以通过诸如BEOL工艺的布线工艺在附加基底958上形成附加布线结构959。附加布线结构959可以由绝缘层覆盖，并且可以连接到ISP 950的操作器件OD。即，ISP950可以被设置为单独的逻辑芯片LC。
在本示例实施例中，图像传感器910可以被设置为图像传感器芯片ISC，ISP 950可以被设置为逻辑芯片LC。因此，图像传感器结构910和ISP可以通过芯片键合工艺彼此结合，由此形成封装结构990。例如，逻辑芯片LP和图像传感器芯片ISC可以通过芯片级封装工艺结合到芯片级封装件中。
参照图11G，可以以第二表面102可以朝上并且逻辑芯片LC可以朝下的这样的方式上下反转封装结构990。然后，可以对基底100进行减薄工艺，直到可以暴露虚设分离图案470和光电转换器200。
例如，可以对基底100的第二表面102进行研磨工艺，并且可以减小基底100的总厚度。因此，第二表面102可以变得更靠近第一表面101，并且光电转换器200和虚设分离图案470可以被暴露。在本示例实施例中，第二表面102可以在减薄工艺之后对应于光电转换器200的顶表面和像素分离图案400的顶表面。
参照图11H，可以通过蚀刻工艺从基底100去除虚设图案420，以由此形成由绝缘图案410限定并由布线结构500的第一绝缘夹层521封闭的深沟槽孔DTH。
例如，可以通过使用相对于基底100和绝缘图案410具有蚀刻选择性的蚀刻剂来对虚设图案420进行湿法蚀刻工艺。可以将虚设图案420从基底100去除，而不实质损伤绝缘图案410和布线结构500。
当虚设图案420可以包括硅锗(SiGe)时，用于湿法蚀刻工艺的蚀刻剂可以包括公知为标准清洗-1(SC-1)溶液的过氧化铵水溶液。否则，当虚设图案420可以包括氧化硅时，用于湿法蚀刻工艺的蚀刻剂可以包括氢氟酸水溶液(HF)。另外，当虚设图案420可以包括氮化硅、硼硅酸盐玻璃(BSG)或多晶硅时，用于湿法蚀刻工艺的蚀刻剂可以分别包括磷酸水溶液、氢氟酸水溶液、氢氟酸水溶液(HF)和铵水溶液。
在本示例实施例中，虚设图案420可以包括相对于基底100具有最大蚀刻选择性的硅锗(SiGe)，过氧化铵水溶液或标准清洗-1(SC-1)溶液可以用作用于选择性蚀刻虚设图案420的蚀刻剂。
参照图11I，可以在基底100的第二表面102上将导电层450a形成为足以填满深沟槽孔DTH的厚度。导电层450a可以包括低电阻金属导电材料。
例如，当低电阻金属导电材料包括例如氮化钛(TiN)和/或氮化钽(TaN)的金属氮化物时，可以通过原子层沉积(ALD)工艺形成导电层450a。相反，当低电阻金属导电材料包括例如钨(W)和铜(Cu)的单一金属时，可以通过化学气相沉积(CVD)工艺形成导电层450a。具体地，当使用铜(Cu)作为低电阻金属导电材料时，可以通过电镀工艺从第一绝缘夹层521生长导电层450a，直到深沟槽孔DTH被导电层450a充分填充。
在修改的示例实施例中，导电层450a可以包括折射率比基底100的折射率足够小的透明导电氧化物(TCO)。例如，可以在第一绝缘夹层521和光电转换器200上将铟锡氧化物(ITO)层形成为填满深沟槽孔DTH的这样的厚度。在这种情况下，虽然入射光可以倾斜地照射到单元像素UP上并且可以透射通过绝缘图案410，但是倾斜的光可以再次反射到光电转换器200中，由此提高光的接收效率。
具体地，由于用于形成导电层450a的高温金属工艺可以在基底的与第一表面101相对的一侧处进行，所以在金属工艺中可以充分防止对信号发生器300和布线结构500的热损伤。因此，可以在光电转换器200和第一绝缘夹层521上形成导电层450a，而不对信号发生器300和布线结构500造成实质的热损伤。
另外，由于低电阻金属导电材料可以具有比多晶硅好得多的间隙填充特性，因此即使当深沟槽孔DTH的高宽比变高时，导电层450a也可以在深沟槽孔DTH中是更加均匀的。在负偏压可以施加到导电图案450时，导电层450a的均匀性可以使图11J中的导电图案450的电阻减小。
参照图11J，可以通过平坦化工艺从基底100部分去除导电层450a，直到可以暴露基底的第二表面102，由此在深沟槽孔DTH中形成导电图案450。可以将深沟槽孔DTH中的绝缘图案410和导电图案450形成为像素分离图案400。
例如，可以对导电层450a进行化学机械抛光(CMP)工艺，直到可以暴露第二表面102。因此，导电层450a可以仅保留在深沟槽孔DTH中并且被深沟槽孔DTH分离，由此在深沟槽孔DTH中形成了导电图案450。因此，虚设图案420可以用导电图案450替换，并且具有绝缘图案410和虚设图案420的虚设分离图案470可以用具有绝缘图案410和导电图案450的像素分离图案400替换。
导电图案450可以用作可以将负偏压施加到其上的电极。由于导电图案450可以包括低电阻导电材料，所以负偏压可以被稳定地施加到导电图案450，由此有效地防止在光电转换器200和绝缘图案410之间的边界表面上产生暗电流。
根据传统的图像传感器，围绕单元像素的分离图案可以包括相对高电阻的多晶硅，因此负偏压会不稳定地施加到分离图案的多晶硅图案。因此，不会从分离图案的表面充分去除暗电流，这导致噪声缺陷并且使传统图像传感器的图像质量劣化。
相反，根据示例实施例，由于多晶硅用低电阻金属导电图案450替换而不实质地热损伤信号发生器300和布线结构500，所以负偏压可以充分地施加到像素分离图案400。因此，可以充分减小图像传感器模块1000中的暗电流。
参照图11K，可以在像素分离图案400和光电转换器200上形成缓冲层600。例如，可以在像素分离图案400和光电转换器200上形成金属氧化物层610，并且可以在金属氧化物层610上形成抗反射层620。可以通过CMP工艺形成金属氧化物层610和抗反射层620。
在本示例实施例中，金属氧化物层610可以包括具有多个固定电荷的氧化铝层。由于氧化铝的固定电荷可以具有高负电位，因此可以防止光电转换器200的光电子被俘获在光电转换器200和金属氧化物层610之间的边界表面上。抗反射层620可以防止入射光从单元像素UP向外反射，由此提高光电转换器200的光接收效率。
可以在抗反射层620上进一步形成钝化层630。钝化层630可以包括氧化硅。
参照图11L，可以顺序地且部分地从基底100的接触区域CA去除缓冲层600、体硅基底和布线结构500，由此形成ISP 950可以通过其暴露的接触孔CH。
例如，可以以照明区域IA和黑色区域BA可以被掩模图案覆盖并且接触区域CA可以被掩模图案暴露的这样的构造，在缓冲层600上形成掩模图案。然后，可以以可以部分去除与接触区域CA对应的缓冲层600、接触余量区域C的基底100和基底100的接触余量区域C上的布线结构500直到可以暴露操作器件OD的这样的方式，对封装结构990进行诸如等离子体蚀刻工艺的干法蚀刻工艺，由此形成ISP 950的操作器件OD可以通过其暴露的接触孔CH。
参照图11M，可以在缓冲层600上以及在接触孔CH的侧壁和底部上布置导电的覆盖层650。因此，覆盖层650可以在接触孔CH中接触布线结构500和ISP 950。
例如，可以通过ALD工艺将低电阻导电材料沉积到缓冲层600和接触孔CH的侧壁和底部上，由此在缓冲层600和接触孔CH的侧壁和底部上形成覆盖层650。覆盖层650可以包括诸如钨(W)、钛(Ti)、钽(Ta)及其氮化物的具有低电阻的导电材料。
参照图11N，可以在基底的接触区域CA中将绝缘柱890形成在接触孔CH中，可以分别在基底100的照明区域IA、黑色区域BA和接触区域CA中将覆盖层650形成为栅格图案651、光学阻挡图案653和接触垫655。
例如，可以在覆盖层650上将补充绝缘层形成为足以填满接触孔CH的厚度，然后可以使补充绝缘层平坦化，直到覆盖层可以被暴露。因此，补充绝缘层可以仅保留在接触孔CH中作为绝缘柱890。因此，绝缘柱890可以在接触孔CH中被覆盖层650围绕，并且绝缘柱890的上表面可以与覆盖层650的上表面共面。补充绝缘层可以包括诸如氧化硅的绝缘材料。具体地，接触孔CH的侧壁和底部上的覆盖层650可以用作用于接触布线结构500和ISP950两者的垂直接触线，由此在接触孔CH中形成了接触延伸件810。接触延伸件810可以在接触孔CH中围绕绝缘柱890，并且接触孔CH可以填充有接触延伸件810和绝缘柱890。接触延伸件810和绝缘柱890可以构成接触结构800。
另外，基底100的接触区域CA中的缓冲层600上的覆盖层650可以与接触延伸件810一体地设置成一个主体，并且可以用作用于扩大接触延伸件810的接触面积的接触垫655。即，接触区域CA中的覆盖层650可以被分为接触孔CH中的接触延伸件810和接触垫655，接触垫655可以布置在缓冲层600上并且可以连接到接触延伸件810。
黑色区域BA中的覆盖层650可以用作用于阻挡进入参考像素单元RPx的光透射的光学阻挡图案653。因此，参考像素区域B中的光电转换器200可以响应于最小光而产生光电子，并且参考像素单元RPx的所述光电子可以被设置为图像传感器模块1000的参考电荷。
可以以光电转换器200上的缓冲层600可以被暴露并且分离图案上的覆盖层650可以保留的这样的方式从缓冲层600部分地去除照明区域IA中的覆盖层650，由此形成过滤器孔FH和限定过滤器孔FH的栅格图案651。可以倾斜入射到单元像素UP上的倾斜光可以从栅格图案651反射到光电转换器200中，由此提高光电转换器200的光接收效率。
参照图11O，可以在光学阻挡图案653、接触垫655和接触结构800上形成另一掩模图案，然后可以在过滤器孔FH中形成滤色器710。
例如，可以通过染色工艺、颜料分散工艺和印刷工艺在照明区域IA中的缓冲层600上形成滤色器层。然后，可以通过光刻工艺和平坦化工艺从封装结构990部分地去除滤色器层，直到可以暴露栅格图案651，由此在过滤器孔FH中形成滤色器710。
此后，可以按照单元像素UP在滤色器710上形成微透镜730，并且可以在每个光电转换器200上布置微透镜730。例如，微透镜可以具有可以朝向光的入射方向发散的凸起形状。
此后，可以从封装结构990去除掩模图案，并且光学阻挡图案653、接触垫655和接触结构800可以被暴露，由此形成图7至图10中的图像传感器模块。
图12A至图12E是根据另一示例实施例的制造图3中的图像传感器模块的方法中的阶段的剖视图。
参照图12A，在可以通过参照图11A至图11C详细描述的工艺相同的工艺在基底100上形成虚设层420a之后，可以通过使用绝缘层410a作为蚀刻停止层来对虚设层420a进行回蚀刻工艺，由此通过深沟槽DT将虚设层420a分离。
因此，绝缘层410a可以暴露于周围环境，并且虚设层420a可以在深沟槽DT中形成为减小虚设图案440。减小虚设图案440的顶表面可以低于绝缘层410a的顶表面，并且凹进R可以以凹进R可以由减小虚设图案440和绝缘层410a限定的这样的构造设置在深沟槽DT的上部处。
参照图12B，可以在绝缘层410a和减小虚设图案440上将附加分离层394a形成为足以填满凹进R的厚度。例如，可以通过CVD工艺将具有良好间隙填充特性的氧化物沉积到绝缘层410a和减小虚设图案440上，由此在绝缘层410a和减小虚设图案440上形成附加分离层394a。
参照图12C，可以使附加分离层394a和绝缘层410a平坦化，直到第一表面101和器件隔离层390可以被暴露，由此在凹进R中形成附加分离图案394。
例如，可以对附加分离层394a和绝缘层410a进行CMP工艺，并且附加分离层394a可以仅保留在凹进R中并且可以被凹进R分离。另外，绝缘层410a也可以被深沟槽DT分离。
因此，深沟槽DT可以填充有减小虚设图案440、附加分离图案394和绝缘图案410，由此在深沟槽DT中形成修改虚设图案480。附加分离图案394和绝缘图案410的顶表面可以与第一表面101和器件隔离层390的顶表面共面。
参照图12D，可以通过与参照图11E至11G详细描述的工艺相同的工艺在基底100的第一表面101上形成布线结构500和ISP 950，由此形成封装结构992。在这种情况下，ISP950可以被设置为附加逻辑芯片LC。此后，可以以第二表面102可以朝上并且逻辑芯片LC可以朝下的这样的方式上下反转封装结构992。此后，可以对基底100的第二表面102进行减薄处理，直到可以暴露虚设分离图案480和光电转换器200。因此，第二表面102可以变得更靠近第一表面101，并且光电转换器200和修改虚设图案480可以被暴露。
参照图12E，可以通过与参照图11H至图11I详细描述的工艺相同的工艺用导电层450a替换减小虚设图案440，由此在深沟槽孔DTH中形成第一修改像素分离图案400a。
导电层450a可以从附加分离图案394的表面延伸到基底100的第二表面102，使得导电层450a的高度可以比图9中的导电图案450的高度小附加分离图案394的厚度那么多。因此，导电层450a的高宽比可以减小附加分离图案394的厚度那么多，由此减小导电层450a的间隙填充缺陷并增加导电层450a的均匀性。导电层450a的均匀性可以减小导电层450a的电阻，并且因此可以更稳定地将负偏压施加到导电层450a。
此后，可以对具有第一修改像素分离图案400a的封装结构992进行与参照图11J至11O详细描述的工艺相同的工艺，由此制造具有图3中的图像传感器的图像传感器模块。
图13A至图13C是示出制造具有图4中的图像传感器的图像传感器模块的方法中的阶段的剖视图。
参照图13A，在可以通过与参照图11A至图11H详细描述的工艺相同的工艺在封装结构990中形成深沟槽孔DTH之后，可以沿深沟槽孔DTH的表面轮廓在绝缘图案410、光电转换器和基底100的第一表面101上形成保护层430a。
保护层430a可以保护第二表面102和光电转换器200免受后续用于形成导电图案450的CMP工艺的影响。因此，可以保护硅基底免受高温金属替换工艺的影响。例如，保护层430a可以包括氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的任何一种材料。
具体地，保护层430a可以包括折射率小于基底100的折射率的材料，这可以提高单元像素UP的光接收效率。
参照图13B，可以通过与参照图11I详细描述的工艺相同的工艺，在基底100的第二表面102上将导电层450a形成为足以填满深沟槽孔DTH的厚度。导电层450a可以包括低电阻金属导电材料。
参照图13C，可以通过平坦化工艺从基底100部分去除导电层450a和保护层430a，直到基底的第二基底102可以被暴露，由此通过与参照图11J详细描述的工艺相同的工艺在深沟槽孔DTH中形成导电图案450和保护图案430。深沟槽孔DTH中的绝缘图案410、保护图案430和导电图案450可以形成为第二修改像素分离图案400b。
此后，可以对具有第二修改像素分离图案400b的封装结构990进行与参照图11K至图11O详细描述的工艺相同的工艺，由此制造具有图4中的图像传感器的图像传感器模块。
因此，可以通过保护层430a充分保护基底100的第二表面102免受高温金属替换工艺的影响，由此防止或最小化由第二表面102的表面缺陷导致的噪声缺陷。
通过总结和回顾，CIS可以包括2×2矩阵形状的多个像素，并且在每个像素处布置至少一个例如光电二极管的光电转换器。入射光被光电转换器转换成电信号。
彼此相邻的一对邻近像素可以通过像素分离图案来分离，因此可以通过像素分离图案来电分离从每个邻近像素单独产生的电信号。像素分离图案可以包括具有与基底的折射率不同的折射率的绝缘材料，因此通过像素分离图案防止进入到每个像素中的入射光折射到邻近像素中。因此，可以通过像素分离图案来充分地防止公知为串扰缺陷的邻近像素之间的信号干扰。
多晶硅可以填充在像素分离图案中，并且像素分离图案可以用作用于施加使CSI的暗电流最小化的负偏压的电极。然而，当用于分离图案的深沟槽的高宽比增大(随着图像传感器的单元尺寸的减小而增大)时，会难以将多晶硅填充到像素分离图案的深沟槽中。另外，多晶硅的电阻会由于深沟槽中的多晶硅的间隙填充缺陷而显著增大，并且因此会不足以使图像传感器中的暗电流最小化。此外，将多晶硅填充到深沟槽中的困难使得填充工艺更加复杂，这显著降低了图像传感器的制造效率。
相反，示例实施例提供了一种具有低电阻金属图案填充到其中的像素分离图案的图像传感器。其它示例实施例提供了一种具有上述图像传感器的图像传感器模块，以及制造上述图像传感器的方法。
即，根据示例实施例，深沟槽孔中的分离图案的导电图案可以包括替换多晶硅的低电阻金属。因此，可以将负偏压稳定地施加到分离图案，并且可以有效地去除图像传感器中的暗电流。此外，由于可以通过对基底的第二表面进行的金属替换工艺用低电阻金属替换多晶硅，而不对信号发生器和布线结构造成任何热损伤，因此可以稳定地向像素分离图案施加负偏压，并且在不对信号发生器和布线结构造成任何损伤的情况下可以现在显著提高图像传感器的图像质量。
此外，分离图案可以成形为其中宽度可以从布线结构布置在其上的第一表面到缓冲层布置在其上的第二表面减小的梯形。由于第二表面可以对应于基底的背侧或后表面，并且入射光可以照射到第二表面上，所以图像传感器可以被构造为背侧照明(BSI)结构，并且梯形像素分离图案可以扩大入射光的接收面积，由此提高图像传感器的效率。
在这里已经公开了示例实施例，虽然采用了特定的术语，但是仅以一般性的和描述性的含义来使用和解释它们，而不是为了限制的目的。在一些情况下，如自提交本申请起对于本领域普通技术人员将明显的，除非另有具体指示，否则结合具体实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用或与结合其他实施例描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离如下面权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以做出形式上和细节上的各种改变。

Claims (24)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
光电转换器，位于基底的像素区域中以响应于入射到像素区域上的入射光而产生光电子；
信号发生器，在像素区域中位于基底的第一表面上以根据光电子产生与对象的图像信息对应的电信号；以及
像素分离图案，从基底的第一表面到基底的第二表面穿透基底，基底的第一表面与基底的第二表面相对，像素分离图案包括折射率小于基底的折射率的绝缘图案和被绝缘图案围绕的金属导电图案，像素区域被像素分离图案围绕并且与邻近像素区域隔离。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中，像素分离图案具有梯形形状，梯形形状的宽度从基底的第一表面到第二表面减小。
3.如权利要求2所述的图像传感器，其中，绝缘图案在第一表面和第二表面之间具有均匀的厚度，并且金属导电图案具有从第一表面到第二表面减小的不均匀的厚度。
4.如权利要求2所述的图像传感器，所述图像传感器还包括附加分离图案，附加分离图案邻近第一表面与绝缘图案接触并使相邻像素区域分离，附加分离图案包括与基底的第一表面共面的边界表面和与基底中的金属导电图案接触的内表面。
5.如权利要求2所述的图像传感器，其中，像素分离图案包括位于绝缘图案和金属导电图案之间的保护图案。
6.如权利要求5所述的图像传感器，其中，绝缘图案和保护图案分别在第一表面和第二表面之间具有均匀的厚度，并且金属导电图案在第一表面和第二表面之间具有不均匀的厚度。
7.如权利要求5所述的图像传感器，所述图像传感器还包括附加分离图案，附加分离图案邻近第一表面与绝缘图案接触并使相邻像素区域分离，附加分离图案包括与基底的第一表面共面的边界表面和与保护图案接触的内表面。
8.如权利要求1所述的图像传感器，其中，像素分离图案包括金属导电图案中的气隙，气隙包括填充有空气的孔洞。
9.如权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
布线结构，位于基底的第一表面上并连接到信号发生器；
缓冲层，位于基底的第二表面上；以及
透光单元，位于缓冲层上，入射光通过透光单元入射到光电转换器上。
10.如权利要求1所述的图像传感器，其中，金属导电图案包括氮化钛、氮化钽、钨、铜、透明导电氧化物及其组合中的至少一种。
11.一种图像传感器模块，所述图像传感器模块包括：
图像传感器，具有多个单元像素以根据入射光产生与对象的图像对应的电信号，所述多个单元像素位于基底上并且通过穿透基底的像素分离图案彼此分离，像素分离图案具有绝缘图案和被绝缘图案围绕的金属导电图案；以及
图像信号处理器(ISP)，电连接到图像传感器并处理电信号以产生对象的图像数据。
12.如权利要求11所述的图像传感器模块，其中，图像传感器的像素分离图案具有梯形形状，梯形形状的宽度从基底的第一表面到基底的与第一表面相对的第二表面减小。
13.如权利要求12所述的图像传感器模块，其中，图像传感器包括附加分离图案，附加分离图案在第一表面附近与绝缘图案接触并使邻近单元像素分离，附加分离图案包括与基底的第一表面共面的边界表面和与基底中的金属导电图案接触的内表面。
14.如权利要求12所述的图像传感器模块，其中，图像传感器的像素分离图案包括位于绝缘图案和金属导电图案之间的保护图案。
15.如权利要求14所述的图像传感器模块，其中，图像传感器包括附加分离图案，附加分离图案在第一表面附近与绝缘图案接触并使邻近像素区域分离，附加分离图案包括与基底的第一表面共面的边界表面和与保护图案接触的内表面。
16.如权利要求11所述的图像传感器模块，其中：
基底包括照明区域、黑色区域和接触区域，入射光被入射到照明区域上，在黑色区域上入射光被阻挡，接触结构通过接触区域穿透基底，
响应于入射光产生光电子的至少一个光电转换器布置在照明区域和黑色区域的单元像素中，并且
所述至少一个光电转换器和接触结构分别被基底的照明区域、黑色区域和接触区域中的每个中的像素分离图案围绕。
17.如权利要求16所述的图像传感器模块，其中，图像传感器包括：
信号发生器，在每个单元像素中布置在基底的第一表面上以根据光电子产生电信号；
布线结构，位于基底的第一表面上并连接到信号发生器；
缓冲层，位于与基底的第一表面相对的第二表面上；以及
透光单元，在照明区域中位于缓冲层上，入射光通过透光单元聚焦在光电转换器上。
18.如权利要求17所述的图像传感器模块，其中，图像传感器包括：
栅格图案，与基底的照明区域中的像素分离图案对应地位于缓冲层上，倾斜入射到单元像素上的倾斜光从栅格图案反射到光电转换器；
光学阻挡图案，在基底的黑色区域中覆盖缓冲层，光学阻挡图案阻挡入射光进入黑色区域中的光电转换器；以及
接触垫，在基底的接触区域中覆盖缓冲层并与接触结构接触。
19.如权利要求18所述的图像传感器模块，其中，接触结构包括：
导电接触延伸件，与接触垫接触并穿透基底以接触布线结构和ISP；以及
绝缘柱，穿过基底并被导电接触延伸件围绕。
20.如权利要求16所述的图像传感器模块，其中，图像传感器包括位于基底上的图像传感器芯片，并且ISP包括位于不同于所述基底的附加基底上的逻辑芯片，图像传感器芯片和逻辑芯片通过接触结构彼此电连接。
21.一种制造图像传感器的方法，所述方法包括下述步骤：
对具有照明区域、黑色区域和接触区域的基底的第一表面进行离子注入工艺，使得在基底的照明区域和黑色区域中形成光电转换器层；
形成从基底的第一表面延伸到基底的内部的虚设分离图案，使得在基底的照明区域、黑色区域和接触区域中分别限定像素区域、参考像素区域和接触余量区域，并且在像素区域和参考像素区域中形成光电转换器，虚设分离图案包括折射率小于基底的折射率的绝缘图案和被绝缘图案围绕的虚设图案；
在基底的第一表面上顺序地形成信号发生器和连接到信号发生器的布线结构，信号发生器根据由光电转换器产生的光电子产生与对象的图像对应的电信号；
部分去除基底的与第一表面相对的第二表面，直到暴露虚设分离图案；以及
经由金属替换工艺用金属导电图案替换虚设图案，以形成由金属导电图案形成的像素分离图案。
22.如权利要求21所述的方法，其中，形成虚设分离图案的步骤包括：
以深沟槽的宽度从第一表面减小并且像素区域、参考像素区域和接触余量区域通过深沟槽彼此分离的这样的方式形成凹陷到基底中的深沟槽；
以沿深沟槽的表面轮廓在深沟槽的侧壁和底部上并在第一表面上形成绝缘层并且在绝缘层上形成虚设层的这样的方式在基底的第一表面上将虚设分离层形成为足以填满深沟槽的厚度；以及
使虚设分离层平坦化，直到暴露第一表面，由此在深沟槽的侧壁和底部上形成绝缘图案并且在深沟槽中形成被绝缘图案围绕的虚设图案。
23.如权利要求22所述的方法，其中，进行金属替换工艺的步骤包括：
从基底去除虚设图案以形成深沟槽孔，绝缘图案和布线结构通过深沟槽孔暴露；
在基底的第二表面上将金属导电层形成为足以填充深沟槽孔的厚度；以及
使金属导电层平坦化，直到暴露第二表面，以将金属导电层形成为与第二表面共面并填满深沟槽孔。
24.如权利要求23所述的方法，所述方法还包括：在形成金属导电层之前，沿深沟槽孔的表面轮廓在绝缘层上以及在第二表面上形成保护层。
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