CN115692437A - 图像传感器 - Google Patents
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Abstract
公开了一种图像传感器。该图像传感器包括在竖直方向上顺序堆叠的第一结构、第二结构和第三结构。第一结构包括第一基底和设置在第一基底上的至少一个第一晶体管。第二结构包括第二基底和设置在第二基底上的至少一个第二晶体管。第三结构包括：第三基底，包括光入射在其上的上表面以及与上表面相对的下表面；光电转换区域，设置在第三基底中；传输栅极，设置在第三基底的下表面上；以及反射结构，设置在第三基底的下表面上以及传输栅极的下表面和侧表面上。
Description
本申请要求于2021年7月30日在韩国知识产权局提交的第10-2021-0100683号韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的内容通过引用全部包含于此。
技术领域
发明构思的实施例涉及图像传感器，具体地，涉及CMOS图像传感器。
背景技术
图像传感器是将光学图像转换为电信号的装置，并且用于便携式电子装置(诸如智能电话或平板电脑)的照相机中。为了减少便携式电子装置的尺寸并且改善照相机的性能，图像传感器的每个像素的面积减少。然而，减小像素面积会导致图像传感器的灵敏度的降低。
发明内容
根据发明构思的实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：在竖直方向上顺序堆叠的第一结构、第二结构和第三结构。第一结构包括第一基底和设置在第一基底上的至少一个第一晶体管。第二结构包括第二基底和设置在第二基底上的至少一个第二晶体管。第三结构包括：第三基底，包括光入射在其上的上表面以及与上表面相对的下表面；光电转换区域，设置在第三基底中；传输栅极，设置在第三基底的下表面上；以及反射结构，设置在第三基底的下表面上以及传输栅极的下表面和侧表面上。反射结构包括：第一折射率层，设置在第三基底的下表面上以及传输栅极的下表面和侧表面上；以及第二折射率层，设置在第一折射率层的在第三基底的下表面上的部分的下表面上。第一折射率层的在传输栅极的下表面上的部分的下表面与第二折射率层的下表面共面。
根据发明构思的另一实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：在竖直方向上顺序堆叠的第一结构、第二结构和第三结构。第一结构包括第一基底和设置在第一基底上的至少一个第一晶体管。第二结构包括第二基底和设置在第二基底上的至少一个第二晶体管。第三结构包括：第三基底，包括光入射在其上的上表面以及与上表面相对的下表面；光电转换区域，设置在第三基底中；传输栅极，设置在第三基底的下表面上；以及反射结构，设置在第三基底的下表面上以及传输栅极的下表面和侧表面上。反射结构包括：第一折射率层，设置在第三基底的下表面上以及传输栅极的下表面和侧表面上；以及第二折射率层，设置在第一折射率层上。在传输栅极的下表面上的第一折射率层的部分上的第二折射率层的部分的下表面和在第三基底的下表面上的第一折射率层的部分上的第二折射率层的部分的下表面共面。
根据发明构思的另一实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器包括在竖直方向上顺序堆叠的第一结构和第二结构。第一结构包括第一基底以及设置在第一基底上的复位晶体管和源极跟随器晶体管。第二结构包括：第二基底，包括光入射在其上的上表面以及与上表面相对的下表面；多个光电转换区域，设置在第二基底中；多个传输栅极，设置在第二基底的下表面上并且分别连接到所述多个光电转换区域；多个浮置扩散区域，设置在第二基底的下表面上并且分别连接到所述多个传输栅极；以及反射结构，设置在第二基底的下表面以及传输栅极的下表面和侧表面上。所述多个浮置扩散区域分别共同连接到复位晶体管和源极跟随器晶体管。反射结构包括：第一折射率层，设置在第二基底的下表面上以及传输栅极的下表面和侧表面上；以及第二折射率层，设置在第一折射率层的在第二基底的下表面上的部分的下表面上。第一折射率层的在传输栅极的下表面上的部分的下表面与第二折射率层的下表面共面。
附图说明
图1是根据发明构思的实施例的图像传感器的剖视图。
图2是图1的区域A的放大视图。
图3是根据发明构思的实施例的图像传感器中的像素电路的电路图。
图4是根据发明构思的实施例的图像传感器的剖视图。
图5是根据发明构思的实施例的图像传感器的剖视图。
图6是根据发明构思的实施例的图像传感器的剖视图。
图7是根据发明构思的实施例的图像传感器的剖视图。
图8是图7的区域B的放大视图。
图9是根据发明构思的实施例的图像传感器的剖视图。
图10是根据发明构思的实施例的图像传感器中的共享像素电路的电路图。
图11A至图11F是示出制造根据发明构思的实施例的图像传感器的方法的剖视图。
图12A至图12C是示出制造根据发明构思的实施例的图像传感器的方法的剖视图。
具体实施方式
图1是根据发明构思的实施例的图像传感器1000的剖视图。图2是图1的区域A的放大视图。图3是根据发明构思的实施例的图像传感器1000中的像素电路PC的电路图。
参照图1至图3，在实施例中，图像传感器1000包括在竖直方向(Z方向)上堆叠的第一结构100至第三结构300。也就是说，第二结构200设置在第一结构100上，并且第三结构300设置在第二结构200上。在一些实施例中，图像传感器1000还包括在第一结构100与第二结构200之间的第一结合层610以及在第二结构200与第三结构300之间的第二结合层620。图像传感器1000还包括将第一结构100和第二结构200彼此连接的第一贯穿过孔510以及将第二结构200和第三结构300彼此连接的第二贯穿过孔520。在一些实施例中，图像传感器1000还包括设置在第三结构300上的抗反射层461、设置在抗反射层461上的栅栏463、设置在抗反射层461上的滤色器470、设置在滤色器470上的微透镜480以及设置在微透镜480上的覆盖层490。
第一结构100包括第一基底110和设置在第一基底110上的至少一个第一晶体管130。第一结构100还包括设置在第一基底110上和在第一晶体管130上的第一层间绝缘层120。第一结构100还包括设置在第一层间绝缘层120上的第一连接结构180。第一结构100还包括设置在层间绝缘层120中的第一接触件190，第一接触件190将第一连接结构180和第一晶体管130彼此电连接。
第一基底110包括半导体材料(诸如IV族半导体材料、III-V族半导体材料或II-VI族半导体材料)。IV族半导体材料包括例如硅(Si)、锗(Ge)或硅(Si)-锗(Ge)。III-V族半导体材料包括例如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、磷化镓(GaP)、砷化铟(InAs)、锑化铟(InSb)或砷化铟镓(InGaAs)。II-VI半导体材料包括例如碲化锌(ZnTe)或硫化镉(CdS)。
第一晶体管130设置在第一基底110上。第一晶体管130可以被称为逻辑晶体管。多个第一晶体管130设置在第一基底110上，并且多个第一晶体管130形成逻辑电路。逻辑电路包括行解码器、行驱动器、列解码器、时序生成器、相关双采样器(CDS)、模数转换器和I/O缓冲器中的至少一者。
第一层间绝缘层120覆盖第一基底110和第一晶体管130。第一层间绝缘层120包括例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料和其组合中的至少一种。低k材料包括例如可流动氧化物(FOX)、东燃硅氮烷(Torene SilaZene，TOSZ)、未掺杂的硅石玻璃(USG)、硼硅玻璃(BSG)、磷硅玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、等离子体增强的正硅酸四乙酯(PETEOS)、氟硅酸盐玻璃(FSG)、碳掺杂氧化硅(CDO)、干凝胶、气凝胶、非晶氟化碳、有机硅酸盐玻璃(OSG)、聚对二甲苯、双苯并环丁烯(BCB)、SiLK、聚酰亚胺、多孔聚合物材料和其组合中的至少一种。
第一连接结构180设置在第一层间绝缘层120上。第一连接结构180包括第一绝缘层183以及设置在第一绝缘层183中的多条第一导电线181和多个第一导电过孔182。第一绝缘层183包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料和其组合中的至少一种。第一导电线181和第一导电过孔182包括铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、钨(W)和其组合中的至少一种。
第一接触件190穿透第一层间绝缘层120并且将第一连接结构180和第一晶体管130彼此电连接。第一接触件190包括钨(W)、铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、多晶硅和其组合中的至少一种。
第二结构200包括第二基底210和设置在第二基底210上的至少一个第二晶体管230(诸如复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX)。第二结构200还包括设置在第二基底210和第二晶体管230(诸如复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管DX)上的第二层间绝缘层220。第二结构200还包括设置在第二层间绝缘层220上的第二连接结构280。第二结构200还包括设置在第二层间绝缘层220中并且将第二连接结构280和第二晶体管230彼此电连接的第二接触件290。在一些实施例中，第二结构200还包括设置在第二基底210的上表面上的第一结合绝缘层270。
第二基底210包括半导体材料。多个第二晶体管230(诸如复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX)设置在第二基底210上。
第二层间绝缘层220覆盖第二基底210、复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX。第二层间绝缘层220包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料和其组合中的至少一种。
第二连接结构280设置在第二层间绝缘层220上。第二连接结构280包括第二绝缘层283和设置在第二绝缘层283中的多条第二导电线281和多个第二导电过孔282。第二绝缘层283包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料和其组合中的至少一种。第二导电线281和第二导电过孔282各自包括铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、钨(W)和其组合中的至少一种。
第二接触件290将第二连接结构280和多个第二晶体管230(诸如复位晶体管RX、选择晶体管SX和源极跟随器晶体管DX)彼此电连接。第二接触件290包括钨(W)、铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、多晶硅和其组合中的至少一种。
第一结合绝缘层270设置在第二基底210的上表面上。第一结合绝缘层270包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料和其组合中的至少一种。
第三结构300包括第三基底310、设置在第三基底310中的光电转换区域PD、设置在第三基底310的下表面310s2上的传输栅极TG、以及设置在第三基底310的下表面310s2和传输栅极TG上的反射结构350。第三结构300还包括设置在第三基底310中并且被第三基底310覆盖的浮置扩散区域FD。第三结构300还包括围绕每个光电转换区域PD的像素隔离结构360。第三结构300还包括设置在反射结构350的下表面上的第二结合绝缘层370。
第三基底310包括半导体材料。第三基底310包括彼此面对的上表面310s1和下表面310s2。第三基底310的上表面310s1是光入射在其上的表面。
光电转换区域PD设置在第三基底310中。光电转换区域PD包括光电二极管。在这种情况下，光电转换区域PD包括具有与第三基底310的导电类型相反的导电类型的杂质区域。在其他实施例中，光电转换区域PD包括光电晶体管、光电门(photo gate)和钉扎光电二极管中的至少一者。
像素隔离结构360从第三基底310的下表面310s2到上表面310s1在竖直方向(Z方向)上完全穿透第三基底310。在另一实施例中，与图1中所示不同，像素隔离结构360不完全穿透第三基底310。像素隔离结构360将第三基底310分成多个像素区域。像素隔离结构360使多个光电转换区域PD彼此电隔离。
像素隔离结构360可以包括像素隔离导电层361和像素隔离绝缘层362。在一些实施例中，像素隔离导电层361和像素隔离绝缘层362中的每个从第三基底310的下表面310s2到上表面310s1完全穿透第三基底310。在另一实施例中，像素隔离导电层361和像素隔离绝缘层362都不完全穿透第三基底310。像素隔离绝缘层362形成在像素隔离导电层361与第三基底310之间，并且将像素隔离导电层361与第三基底310电隔离。
在一些实施例中，像素隔离导电层361包括导电材料(诸如多晶硅或金属)。在一些实施例中，像素隔离绝缘层362包括金属氧化物(诸如氧化铪、氧化铝或氧化钽)。在这种情况下，像素隔离绝缘层362用作负固定电荷层。在其他实施例中，像素隔离绝缘层362包括其他绝缘材料(诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合)。
浮置扩散区域FD设置在第三基底310中并且与第三基底310的下表面310s2相邻。浮置扩散区域FD是第三基底310中的杂质区域。
传输栅极TG位于第三基底310的下表面310s2上并且与浮置扩散区域FD相邻。在一些实施例中，传输栅极TG从第三基底310的下表面310s2凹陷到第三基底310中。在另一实施例中，与图1和图2中所示的实施例不同，传输栅极TG不凹陷到第三基底310中。
第三结构300的光电转换区域PD、传输栅极TG和浮置扩散区域FD以及第二结构200的复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX形成如图3中所示的像素电路PC。
光电转换区域PD(例如，光电二极管)根据入射光的量生成电荷(诸如电子和空穴)。传输晶体管TX将从光电转换区域PD(例如，光电二极管)接收的电荷传输到浮置扩散区域FD。传输栅极TG是传输晶体管TX的栅极。浮置扩散区域FD累积电荷。
源极跟随器晶体管DX根据累积在浮置扩散区域FD中的光电荷的量来生成源漏电流。源极跟随器晶体管DX充当缓冲放大器，缓冲放大器使浮置扩散区域FD中的电位改变放大并且通过选择晶体管SX将放大的信号输出到输出线Vout。源极跟随器晶体管DX包括源极跟随器栅极SF。源极跟随器栅极SF连接到浮置扩散区域FD，源极跟随器晶体管DX的漏电极连接到电源电压VDD，并且源极跟随器晶体管DX的源电极连接到选择晶体管SX的漏电极。
复位晶体管RX使累积在浮置扩散区域FD中的电荷周期性地复位。复位晶体管RX包括复位栅极RG。复位晶体管RX的漏电极连接到浮置扩散区域FD，并且复位晶体管RX的源电极连接到电源电压VDD。当复位晶体管RX导通时，连接到复位晶体管RX的源电极的电源电压VDD被传输到浮置扩散区域FD。当复位晶体管RX导通时，累积在浮置扩散区域FD中的电荷被放电以使浮置扩散区域FD复位。
选择晶体管SX用作开关，并且用于以行为单位选择多个像素电路PC。选择晶体管SX包括选择栅极SEL。当选择晶体管SX导通时，连接到源极跟随器晶体管DX的漏电极的电源电压VDD被传输到选择晶体管SX的漏电极。
反射结构350包括堆叠在第三基底310的下表面310s2上的多个折射率层(诸如第一折射率层351至第九折射率层359)。在图1和图2中，将反射结构350示出为包括九个折射率层(诸如第一折射率层351至第九折射率层359)，但是反射结构350中的折射率层的数量不限于此，并且可以在其他实施例中被修改。反射结构350通过使离开第三基底310的下表面310s2的光朝向第三基底310反射来增大图像传感器1000的灵敏度。反射结构350的在竖直方向(Z方向)上的厚度T0为从约500nm至约1000nm。
第二折射率层352设置在第三基底310的下表面310s2以及传输栅极TG的下表面TGs1和侧表面TGs2上。第二折射率层352用作针对传输栅极TG的钝化层。由于传输栅极TG延伸到反射结构350中，因此第二折射率层352具有共形地围绕传输栅极TG的阶梯部分。第三折射率层353设置在第二折射率层352的在第三基底310的下表面310s2上的部分上。传输栅极TG和第二折射率层352延伸通过第三折射率层353。第二折射率层352的在传输栅极TG的下表面TGs1上的部分的下表面352s与第三折射率层353的下表面353s共面。
第四折射率层354设置在第三折射率层353的下表面353s上。在一些实施例中，第四折射率层354与第二折射率层352直接接触，其中，第二折射率层352的部分的下表面352s与第三折射率层353的下表面353s共面。在一些实施例中，第四折射率层354的在竖直方向(Z方向)上的厚度T354大于第二折射率层352的在竖直方向(Z方向)上的厚度T352。例如，第二折射率层352的在竖直方向(Z方向)上的厚度T352为从约30nm至约50nm，第四折射率层354的在竖直方向(Z方向)上的厚度T354为从约50nm至约100nm。
第一折射率层351在第二折射率层352与第三基底310之间以及在传输栅极TG与第三基底310之间延伸。第一折射率层351用作针对传输栅极TG的栅极绝缘层。第一折射率层351的在竖直方向(Z方向)上的厚度T351小于第二折射率层352的在竖直方向(Z方向)上的厚度T352。例如，第一折射率层351的在竖直方向(Z方向)上的厚度T351为从约5nm至约30nm。
由于传输栅极TG，第一折射率层351和第二折射率层352不是平坦的。然而，第三折射率层353至第九折射率层359是平坦的。平坦的第三折射率层353至第九折射率层359使反射结构350的反射率增大。通过在第二基底210而不是第三基底310上形成复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX，可以防止复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX干扰反射结构350的反射。因此，反射结构350的反射率增大，并且图像传感器1000的灵敏度增大。
一对相邻的折射率层(诸如第一折射率层351和第二折射率层352、第二折射率层352和第三折射率层353、第三折射率层353和第四折射率层354、第四折射率层354和第五折射率层355、第五折射率层355和第六折射率层356、第六折射率层356和第七折射率层357、第七折射率层357和第八折射率层358、或者第八折射率层358和第九折射率层359)包括不同的材料。在一些实施例中，第一折射率层351、第三折射率层353、第五折射率层355、第七折射率层357和第九折射率层359由相同的材料(诸如氧化硅)制成，并且第四折射率层354、第六折射率层356和第八折射率层358包括相同的材料(诸如氮化硅或氧化钛)。第二折射率层352可以包括与第四折射率层354相同或不同的材料。第二折射率层352包括例如氮化硅。
第二结合绝缘层370设置在反射结构350的下表面上。第二结合绝缘层370包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料和其组合中的至少一种。
第一结合层610将第一结构100与第二结构200彼此结合。第一结合层610包括彼此直接接触的一对第一子结合层610a和610b。当一对第一子结合层610a和610b包括相同的材料时，一对第一子结合层610a和610b之间的边界可以不清楚。一对第一子结合层610a和610b包括例如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、碳氮化硅(SiCN)、碳氧化硅(SiOC)和其组合中的至少一种。
第二结合层620将第二结构200与第三结构300彼此结合。第二结合层620包括彼此直接接触的一对第二子结合层620a和620b。当一对第二子结合层620a和620b包括相同的材料时，一对第二子结合层620a和620b之间的边界可能不清楚。一对第二子结合层620a和620b包括例如氧化硅(SiO2)、氮化硅(SiN)、氮氧化硅(SiON)、碳氮化硅(SiCN)、碳氧化硅(SiOC)和其组合中的至少一种。
第一贯穿过孔510穿透第三结构300和第二结构200。第一贯穿过孔510将第二结构200的第二连接结构280和第一结构100的第一连接结构180彼此电连接。第一贯穿过孔510包括铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)和其组合中的至少一种。第一贯穿过孔510形成在图像传感器1000的外部部分处。
第二贯穿过孔520穿透反射结构350、第二结合绝缘层370、第二结合层620、第一结合绝缘层270和第二层间绝缘层220。第二贯穿过孔520将第三结构300的浮置扩散区域FD电连接到第二结构200的复位晶体管RX和源极跟随器晶体管DX。第二贯穿过孔520包括铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、铝(Al)、钨(W)、钛(Ti)和其组合中的至少一种。第二贯穿过孔520直接接触反射结构350。
抗反射层461设置在第三基底310的上表面310s1上。抗反射层461包括氧化铪(HfO2)、氮化硅(SiN)、氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钛(TiO2)、氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化钌(Lu2O3)和氧化钇(Y2O3)中的至少一种。
栅栏463设置在抗反射层461上。栅栏463在竖直方向(Z方向)上与像素隔离结构360对齐。栅栏463包括金属或低折射率材料。例如，低折射率材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、硅丙烯酸酯、乙酸丁酸纤维素(CAB)、硅石和氟硅丙烯酸酯(FSA)中的至少一种。例如，低折射率材料包括其中分散有硅石(SiOx)颗粒的聚合物材料。
滤色器470设置在抗反射层461上并且被栅栏463包围。多个滤色器470包括例如绿色滤色器、蓝色滤色器和红色滤色器。在另一实施例中，多个滤色器470包括例如青色滤色器、品红色滤色器和黄色滤色器。
微透镜480设置在滤色器470上。微透镜480使入射光聚集，聚集的光通过滤色器470入射到光电转换区域PD上。一个微透镜480布置为对应于一个光电转换区域PD。微透镜480包括例如苯乙烯类树脂、丙烯酸树脂、苯乙烯-丙烯酸共聚物类树脂和硅氧烷类树脂中的至少一种。覆盖层490设置在微透镜480上。
图4是根据发明构思的实施例的图像传感器1000A的剖视图。在下文中，将描述参照图1至图3描述的图像传感器1000与图4中所示的图像传感器1000A之间的差异。
参照图4，在实施例中，第三结构300还包括在竖直方向(Z方向)上穿透反射结构350的分隔壁SW。分隔壁SW的下表面SWs与反射结构350的下表面350s共面。分隔壁SW在竖直方向(Z方向)上与像素隔离结构360对齐。分隔壁SW防止入射到反射结构350中的光进入相邻的像素区域，使得防止相邻的像素电路之间的串扰。构成分隔壁SW的材料的折射率小于构成第二折射率层352的材料的折射率和构成第三折射率层353的材料的折射率中的至少一者。在一些实施例中，分隔壁SW包括低k材料或气隙。
图5是根据发明构思的实施例的图像传感器1000B的剖视图。在下文中，将描述参照图1至图3描述的图像传感器1000与图5中所示的图像传感器1000B之间的差异。
参照图5，在实施例中，第二结构200和第三结构300通过至少一对第一结合垫(pad，或称为“焊盘”或“焊垫”)530而不是图1的第二贯穿过孔520彼此连接。至少一对第一结合垫530置于第二结构200与第三结构300之间。一对第一结合垫530中的一个结合垫设置在第二结构200的第二连接结构280的上表面上。一对第一结合垫530中的另一个结合垫设置在第三结构300的第三连接结构380的下表面上。一对第一结合垫530彼此直接接触。一对第一结合垫530包括铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钨(W)、钛(Ti)和其组合中的至少一种。
第二结构200中的第一结合绝缘层270直接接触第一结合层610。第二结构200中的第二连接结构280直接接触第二结合层620。
第三结构300包括第三连接结构380而不是图1中示出的第二结合绝缘层370。第三连接结构380包括第三绝缘层383和设置在第三绝缘层383中的多条第三导电线381和多个第三导电过孔382。第三绝缘层383包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料和其组合中的至少一种。第三导电线381和第三导电过孔382包括铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、钨(W)和其组合中的至少一种。第三结构300还包括第三接触件390，第三接触件390将第三连接结构380与浮置扩散区域FD彼此连接并且将第三连接结构380与传输栅极TG彼此连接。第三接触件390包括钨(W)、铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钛(Ti)、多晶硅和其组合中的至少一种。
图6是根据发明构思的实施例的图像传感器1000C的剖视图。在下文中，将描述参照图1至图3描述的图像传感器1000与图6中所示的图像传感器1000C之间的差异。
参照图6，在实施例中，第一结构100和第二结构200通过至少一对第二结合垫540而不是图1的第一贯穿过孔510彼此连接。至少一对第二结合垫540置于第一结构100与第二结构200之间。一对第二结合垫540中的一个结合垫设置在第一结构100的第一连接结构180的上表面上。一对第二结合垫540中的另一个结合垫设置在第二结构200的第二连接结构280的下表面上。一对第二结合垫540彼此直接接触。一对第二结合垫540中的每个结合垫包括铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钨(W)、钛(Ti)和其组合中的至少一种。
图7是根据发明构思的实施例的图像传感器1000D的剖视图。图8是图7的区域B的放大视图。在下文中，将描述参照图1至图3描述的图像传感器1000与图7和图8中所示的图像传感器1000D之间的差异。
参照图7和图8，在实施例中，第三折射率层353D设置在第二折射率层352上。第四折射率层354D设置在第三折射率层353D上。第五折射率层355D设置在第四折射率层354D上。由于传输栅极TG，第一折射率层至第五折射率层351、352和353D至355D是不平坦的。因为传输栅极TG延伸到反射结构350中，所以第二折射率层352、第三折射率层353D和第四折射率层354D具有共形地围绕传输栅极TG并且部分地延伸到第五折射率层355D中的阶梯部分。然而，第六折射率层356至第八折射率层358是平坦的。第五折射率层355D的在传输栅极TG的下表面TGs1上的部分的厚度T355a小于第五折射率层355D的在第三基底310的下表面310s2上的部分的厚度T355b。第五折射率层355D的在传输栅极TG的下表面TGs1上的部分的下表面355s2a与第五折射率层355D的在第三基底310的下表面310s2上的部分的下表面355s2b共面。也就是说，第五折射率层355D的下表面355s2是平坦的。因此，堆叠在第五折射率层355D的下表面355s2上的第六折射率层356至第八折射率层358是平坦的。
图9是根据发明构思的实施例的图像传感器1000E的剖视图。图10是根据发明构思的实施例的图像传感器1000E中的共享像素电路SPC的电路图。在下文中，将描述参照图1至图3描述的图像传感器1000与图9和图10中所示的图像传感器1000E之间的差异。
参照图9和图10，根据实施例，第一光电转换区域PD1、第一传输栅极TG1、第一浮置扩散区域FD1、第二光电转换区域PD2、第二传输栅极TG2、第二浮置扩散区域FD2、选择晶体管SX、源极跟随器晶体管DX和复位晶体管RX形成共享像素电路SPC。也就是说，两个像素电路PC(参照图3)共享选择晶体管SX、源极跟随器晶体管DX和复位晶体管RX。在图10中，将两个像素电路示出为共享选择晶体管SX、源极跟随器晶体管DX和复位晶体管RX，但是实施例不限于此，在其他实施例中，共享选择晶体管SX、源极跟随器晶体管DX和复位晶体管RX的像素电路的数量不限于两个。
第一光电转换区域PD1连接到第一传输晶体管TX1，并且第一传输晶体管TX1连接到第一浮置扩散区域FD1。第二光电转换区域PD2连接到第二传输晶体管TX2，并且第二传输晶体管TX2连接到第二浮置扩散区域FD2。第一浮置扩散区域FD1通过第三贯穿过孔521连接到复位晶体管RX和源极跟随器晶体管DX。第二浮置扩散区域FD2通过第四贯穿过孔522连接到复位晶体管RX和源极跟随器晶体管DX。
图11A至图11F是示出制造根据发明构思的实施例的图像传感器的方法的剖视图。
参照图11A，在实施例中，准备包括彼此面对的第一表面s1和第二表面s2的第三基底310。通过从第三基底310的第二表面s2去除第三基底310的部分来形成沟槽360T。在第三基底310的第二表面s2和沟槽360T上形成像素隔离绝缘层362，并且在像素隔离绝缘层362上形成像素隔离导电层361。然后，通过去除(例如通过抛光)像素隔离绝缘层362和像素隔离导电层361的在第三基底310的第二表面s2上的部分，在沟槽360T中形成像素隔离结构360。
另外，通过从第三基底310的第二表面s2的离子注入工艺，在第三基底310中形成光电转换区域PD和浮置扩散区域FD。
参照图11B，在实施例中，通过从第三基底310的第二表面s2去除第三基底310的部分，在第三基底310中形成沟槽351T。在沟槽351T和第三基底310的第二表面s2上形成第一折射率层351。在第一折射率层351上形成填充沟槽351T的传输栅极TG。
参照图11C，在实施例中，在第一折射率层351和传输栅极TG上共形地形成第二折射率层352。将第三折射率层353最初厚厚地形成在第二折射率层352上，并且将第三折射率层353平坦化以减少其厚度并且暴露第二折射率层352。在第三折射率层353和第二折射率层352上顺序堆叠第四折射率层354至第九折射率层359。将第四折射率层354形成为与第二折射率层352直接接触。第一折射率层351至第九折射率层359形成反射结构350。由于平坦化工艺，第四折射率层354至第九折射率层359是平坦的。因此，反射结构350的反射率增大。
可选择地，在实施例中，如图7和图8中所示，在第二折射率层352上共形地形成第三折射率层353D，在第三折射率层353D上共形地形成第四折射率层354D。将第五折射率层355D厚厚地形成在第四折射率层354D上。将第五折射率层355D平坦化，使得第五折射率层355D的下表面355s2是平坦的。在第五折射率层355D上顺序堆叠第六折射率层356至第八折射率层358。因为第五折射率层355D的下表面355s2是平坦的，所以第六折射率层356至第八折射率层358形成为平坦的。因此，反射结构350的反射率增大。
在一些实施例中，在形成反射结构350之后，在反射结构350中形成沟槽。在一些实施例中，沟槽暴露像素隔离结构360。在反射结构350中的沟槽中形成图4中所示的分隔壁SW。例如，在沟槽中和在反射结构350的表面350s上形成分隔壁材料之后，通过研磨分隔壁材料来形成分隔壁SW，使得反射结构350的表面350s被暴露。
返回参照图11C，在实施例中，在反射结构350上形成第二结合绝缘层370。在第二结合绝缘层370上形成第二子结合层620a。
参照图11D，在实施例中，在第二基底210上形成第一结合绝缘层270。在第一结合绝缘层270上形成第二子结合层620b。然后，通过使在第二结合绝缘层370上的第二子结合层620a和在第一结合绝缘层270上的第二子结合层620b彼此直接接触，将第二基底210结合到反射结构350。在一些实施例中，抛光第二基底210以减少其厚度。
参照图11E，在实施例中，在第二基底210上形成复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX。形成覆盖第二基底210、复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX的第二层间绝缘层220。形成穿透第二层间绝缘层220并且分别接触复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX的第二接触件290。此外，形成第二贯穿过孔520，第二贯穿过孔520穿透第二层间绝缘层220、第一结合绝缘层270、一对第二子结合层620a和620b、第二结合绝缘层370和反射结构350并且接触浮置扩散区域FD。在第二层间绝缘层220上形成第二连接结构280。因此，完成了第二结构200。在第二连接结构280上形成第一子结合层610a。
参照图11F，在实施例中，可以在第一基底110上形成逻辑晶体管130。形成覆盖第一基底110和逻辑晶体管130的第一层间绝缘层120。形成穿透第一层间绝缘层120并且接触逻辑晶体管130的第一接触件190。在第一层间绝缘层120上形成第一连接结构180。结果，形成第一结构100。在第一连接结构180上形成第一子结合层610b。将第一结构100结合到第二结构200，使得一对第一子结合层610a与610b彼此接触。
参照图1和图11F，例如通过抛光从第三基底310的第一表面s1去除第三基底310的部分以暴露像素隔离导电层361。如上所述，第三基底310的新形成的表面是第三基底310的上表面310s1。形成第一贯穿过孔510，第一贯穿过孔510穿透第三结构300和第二结构200并且将第二结构200和第一结构100彼此电连接。在第三基底310的上表面310s1上形成抗反射层461。在抗反射层461上形成栅栏463和滤色器470。在滤色器470和栅栏463上形成微透镜480。在微透镜480上形成覆盖层490。因此，完成了图像传感器1000。
图12A至图12C是示出制造根据发明构思的实施例的图像传感器的方法的剖视图。
参照图12A，在实施例中，准备包括彼此面对的第一表面s1和第二表面s2的第三基底310。通过从第三基底310的第二表面s2去除第三基底310的部分来形成沟槽360T。在第三基底310的第二表面s2和沟槽360T上形成像素隔离绝缘层362，并且在像素隔离绝缘层362上形成像素隔离导电层361。然后，通过去除(例如通过抛光)像素隔离绝缘层362和像素隔离导电层361的在第三基底310的第二表面s2上的部分，在沟槽360T中形成像素隔离结构360。
另外，通过从第三基底310的第二表面s2的离子注入工艺，在第三基底310中形成光电转换区域PD和浮置扩散区域FD。
通过从第三基底310的第二表面s2去除第三基底310的部分，在第三基底310中形成沟槽351T。在沟槽351T和第三基底310的第二表面s2上形成第一折射率层351。在第一折射率层351上形成填充沟槽351T的传输栅极TG。
在第一折射率层351和传输栅极TG上共形地形成第二折射率层352。将第三折射率层353最初厚厚地形成在第二折射率层352上，并且将第三折射率层353平坦化以减少其厚度并且暴露第二折射率层352。在第三折射率层353和第二折射率层352上顺序堆叠第四折射率层354至第九折射率层359。将第四折射率层354形成为与第二折射率层352直接接触。第一折射率层351至第九折射率层359形成反射结构350。
形成穿透反射结构350并且分别接触浮置扩散区域FD和传输栅极TG的第三接触件390。在反射结构350上形成第三连接结构380。在第三连接结构380上形成第二子结合层620a。在第三连接结构380上形成第一结合垫530。
参照图12B，在实施例中，在第二基底210上形成复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX。形成覆盖第二基底210、复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX的第二层间绝缘层220。形成穿透第二层间绝缘层220并且分别接触复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX的第二接触件290。在第二层间绝缘层220上形成第二连接结构280。因此，完成了第二结构200。在第二连接结构280上形成第二子结合层620b。在第二连接结构280上形成第一结合垫530。将第二结构200结合到第三连接结构380，使得一对第一结合垫530彼此接触。在一些实施例中，抛光第二基底210以减少其厚度。在第二基底210上形成第一结合绝缘层270。在第一结合绝缘层270上形成第一子结合层610a。
参照图12C，在实施例中，在第一基底110上形成逻辑晶体管130。形成覆盖第一基底110和逻辑晶体管130的第一层间绝缘层120。形成穿透第一层间绝缘层120并且接触逻辑晶体管130的第一接触件190。在第一层间绝缘层120上形成第一连接结构180。结果，形成第一结构100。在第一连接结构180上形成第一子结合层610b。将第一结构100结合到第二结构200，使得一对第一子结合层610a和610b彼此接触。
参照图5和图12C，在实施例中，例如通过抛光从第三基底310的第一表面s1去除第三基底310的部分以暴露像素隔离导电层361。如上所述，第三基底310的新形成的表面是第三基底310的上表面310s1。形成穿透第三结构300和第二结构200并且将第二结构200和第一结构100彼此电连接的第一贯穿过孔510。在第三基底310的上表面310s1上形成抗反射层461。在抗反射层461上形成栅栏463和滤色器470。在滤色器470和栅栏463上形成微透镜480。在微透镜480上形成覆盖层490。因此，完成了图像传感器1000B。
参照图6，在实施例中，如参照图11A所述，在第三基底310中形成像素隔离结构360。另外，如参照图11A所述的，在第三基底310中形成光电转换区域PD和浮置扩散区域FD。
参照图11B，在实施例中，形成传输栅极TG和反射结构350。参照图11C，在实施例中，在反射结构350上形成第二结合绝缘层370。在第二结合绝缘层370上形成第二子结合层620a。
参照图11D，在实施例中，在第二基底210上形成第一结合绝缘层270。可以在第一结合绝缘层270上形成第二子结合层620b。然后，通过使在第二结合绝缘层370上的第二子结合层620a和在第一结合绝缘层270上的第二子结合层620b彼此直接接触，将第二基底210结合到反射结构350。在一些实施例中，抛光第二基底210以减少其厚度。
参照图11E，在实施例中，在第二基底210上形成复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX。形成覆盖第二基底210、复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX的第二层间绝缘层220。形成穿透第二层间绝缘层220并且分别接触复位晶体管RX、源极跟随器晶体管DX和选择晶体管SX的第二接触件290。此外，形成第二贯穿过孔520，第二贯穿过孔520穿透第二层间绝缘层220、第一结合绝缘层270、一对第二子结合层620a和620b、第二结合绝缘层370和反射结构350并且接触浮置扩散区域FD。在第二层间绝缘层220上形成第二连接结构280。因此，完成了第二结构200。在第二连接结构280上形成第一子结合层610a。在第二连接结构280上形成第二结合垫540。
参照图11F，在实施例中，在第一基底110上形成逻辑晶体管130。形成覆盖第一基底110和逻辑晶体管130的第一层间绝缘层120。形成穿透第一层间绝缘层120并且接触逻辑晶体管130的第一接触件190。在第一层间绝缘层120上形成第一连接结构180。结果，形成第一结构100。在第一连接结构180上形成第一子结合层610b。参照图6，在实施例中，在第一连接结构180上形成第二结合垫540。将第一结构100结合到第二结构200，使得一对第二结合垫540彼此接触。
参照图6和图11F，在实施例中，例如通过抛光从第三基底310的第一表面s1去除第三基底310的部分以暴露像素隔离导电层361。如上所述，第三基底310的新形成的表面是第三基底310的上表面310s1。在第三基底310的上表面310s1上形成抗反射层461。在抗反射层461上形成栅栏463和滤色器470。在滤色器470和栅栏463上形成微透镜480。在微透镜480上形成覆盖层490。因此，完成了图像传感器1000C。
虽然已经参照附图具体示出和描述了发明构思的实施例，但是将理解的是，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的各种改变。
Claims (20)
1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
第一结构、第二结构和第三结构，在竖直方向上顺序堆叠，
其中，第一结构包括第一基底和设置在第一基底上的至少一个第一晶体管，
其中，第二结构包括第二基底和设置在第二基底上的至少一个第二晶体管，
其中，第三结构包括：第三基底，包括光入射在其上的上表面以及与上表面相对的下表面；光电转换区域，设置在第三基底中；传输栅极，设置在第三基底的下表面上；以及反射结构，设置在第三基底的下表面上以及传输栅极的下表面和侧表面上，
其中，反射结构包括：第一折射率层，设置在第三基底的下表面上以及传输栅极的下表面和侧表面上；以及第二折射率层，设置在第一折射率层的位于第三基底的下表面上的部分的下表面上，并且
其中，第一折射率层的在传输栅极的下表面上的部分的下表面与第二折射率层的下表面共面。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，反射结构还包括设置在第二折射率层的下表面上的第三折射率层，其中，第三折射率层与第一折射率层直接接触。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，
其中，第三折射率层的厚度大于第一折射率层的厚度。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，反射结构还包括第五折射率层，第五折射率层在第一折射率层与第三基底之间以及在传输栅极与第三基底之间延伸。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，
其中，第五折射率层的厚度小于第一折射率层的厚度。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，第三结构还包括在竖直方向上穿透反射结构的分隔壁。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，
其中，分隔壁的下表面与反射结构的下表面共面。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，
其中，构成分隔壁的材料的折射率小于构成第一折射率层的第一材料的第一折射率和构成第二折射率层的第二材料的第二折射率中的至少一者。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，
其中，第三结构还包括围绕光电转换区域的像素隔离结构，并且
其中，分隔壁与像素隔离结构竖直地对齐。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，第三结构还包括设置在第三基底中的浮置扩散区域，
其中，图像传感器还包括穿透反射结构并且接触浮置扩散区域的贯穿过孔，并且
其中，贯穿过孔与反射结构直接接触。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，传输栅极延伸到第三基底中。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，第三结构还包括设置在第三基底中的浮置扩散区域，并且
其中，所述至少一个第二晶体管包括：复位晶体管，被配置为使累积在浮置扩散区域中的电荷复位；源极跟随器晶体管，被配置为使在浮置扩散区域中的电位改变放大；以及选择晶体管，被配置为选择像素电路。
13.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像传感器还包括：
第一结合层，置于第一结构与第二结构之间。
14.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像传感器还包括：
第二结合层，置于第二结构与第三结构之间。
15.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像传感器还包括：
第一贯穿过孔，将第一结构与第二结构彼此电连接。
16.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像传感器还包括：
一对第一结合垫，将第一结构与第二结构彼此电连接，其中，所述一对第一结合垫彼此直接接触。
17.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像传感器还包括：
第二贯穿过孔，将第二结构与第三结构彼此电连接。
18.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述图像传感器还包括：
一对第二结合垫，将第二结构与第三结构彼此电连接，其中，所述一对第二结合垫彼此直接接触。
19.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
第一结构、第二结构和第三结构，在竖直方向上顺序堆叠；
其中，第一结构包括第一基底和设置在第一基底上的至少一个第一晶体管，
其中，第二结构包括第二基底和设置在第二基底上的至少一个第二晶体管，
其中，第三结构包括：第三基底，包括光入射在其上的上表面以及与上表面相对的下表面；光电转换区域，设置在第三基底中；传输栅极，设置在第三基底的下表面上；以及反射结构，设置在第三基底的下表面上以及传输栅极的下表面和侧表面上，
其中，反射结构包括：第一折射率层，设置在第三基底的下表面上以及传输栅极的下表面和侧表面上；以及第二折射率层，设置在第一折射率层上，并且
其中，在传输栅极的下表面上的第一折射率层的部分上的第二折射率层的部分的下表面与在第三基底的下表面上的第一折射率层的部分上的第二折射率层的部分的下表面共面。
20.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
第一结构和第二结构，在竖直方向上顺序堆叠；
其中，第一结构包括第一基底以及设置在第一基底上的复位晶体管和源极跟随器晶体管，
其中，第二结构包括：第二基底，包括光入射在其上的上表面以及与上表面相对的下表面；多个光电转换区域，设置在第二基底中；多个传输晶体管，分别包括设置在第二基底的下表面上的多个传输栅极，并且分别连接到所述多个光电转换区域；多个浮置扩散区域，设置在第二基底的下表面上并且分别连接到所述多个传输晶体管；以及反射结构，设置在第二基底的下表面以及传输栅极的下表面和侧表面上，
其中，所述多个浮置扩散区域共同连接到复位晶体管和源极跟随器晶体管中的每个，
其中，反射结构包括：第一折射率层，设置在第二基底的下表面上以及传输栅极的下表面和侧表面上；以及第二折射率层，设置在第一折射率层的在第二基底的下表面上的部分的下表面上，并且
其中，第一折射率层的在传输栅极的下表面上的部分的下表面与第二折射率层的下表面共面。
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