CN116895667A - 图像传感器 - Google Patents

Abstract

一种图像传感器，包括：第一衬底，其包括像素区，像素区中的每一个包括光电转换区；滤色器，其分别设置在像素区上，滤色器设置在第一衬底的第一表面上；以及微透镜，其分别设置在滤色器上。由微透镜限定在第一方向上重复排列的第一周期结构。第一周期结构中的每一个包括微透镜中的第一微透镜和第二微透镜。第一微透镜的尺寸、曲率、材料或形状中的至少一者不同于第二微透镜的尺寸、曲率、材料或形状中的至少一者。第一周期结构的第一排列周期等于或大于像素区的像素间距的两倍。

Description

图像传感器

相关申请的交叉引用

该申请要求在韩国知识产权局于2022年4月5日提交的韩国专利申请No.10-2022-0042125和于2022年7月1日提交的韩国专利申请No.10-2022-0081387的优先权，这两个申请的全部内容在此以引用方式并入本文中。

技术领域

本公开涉及一种图像传感器，更具体地，涉及一种能够提高输出质量的图像传感器及其制造方法。

背景技术

图像传感器可以是用于将光学图像转换成电信号的装置。图像传感器可被分类为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器中的任何一种。CIS是CMOS图像传感器的简称。CIS可以包括二维排列的多个像素。每个像素可以包括光电二极管(PD)。光电二极管可以将入射光转换为电信号。

发明内容

本发明构思的实施例可以提供一种能够提高输出质量的图像传感器。

在一方面，图像传感器可以包括：第一衬底，其包括像素区，每个像素区包括光电转换区；滤色器，其分别设置在像素区上，滤色器设置在第一衬底的第一表面上；以及微透镜，其分别设置在滤色器上。在第一方向上重复排列的第一周期结构可以由微透镜限定。第一周期结构中的每一个可以包括微透镜中的第一微透镜和第二微透镜。第一微透镜的尺寸、曲率、材料和形状中的至少一者可以不同于第二微透镜的尺寸、曲率、材料和形状中的至少一者。第一周期结构的第一排列周期可以等于或大于像素区的像素间距的两倍。

在一方面，图像传感器可以包括：包括像素区的衬底，每个像素区包括光电转换区；滤色器，其分别设置在像素区上，滤色器设置在衬底的第一表面上；以及微透镜，其分别设置在滤色器上。在第一方向上重复排列的第一周期结构可以由微透镜限定。在与第一方向交叉的第二方向上重复排列的第二周期结构可以由微透镜限定。第一周期结构的第一排列周期可以等于或大于像素区的像素间距的两倍，第二周期结构的第二排列周期可以等于或大于像素间距的两倍。

在一方面，图像传感器可以包括电路芯片和堆叠在电路芯片上的图像传感器芯片。图像传感器芯片可以包括：第一衬底，在第一衬底中包括光电转换区，并且第一衬底具有彼此相对的第一表面和第二表面；隔离图案，其设置在第一衬底中以限定像素区，光电转换区分别设置在像素区中；绝缘层，其覆盖第一表面；滤色器，其位于绝缘层上；围栏图案，其划分滤色器；保护层，其位于围栏图案和滤色器之间；微透镜，其分别设置在滤色器上；透镜涂层，其位于微透镜上；器件隔离图案，其与第二表面相邻设置，以限定有源区；掩埋栅极图案，其位于第二表面上；以及第一互连层，其位于掩埋栅极图案上。电路芯片可以包括其上设有集成电路的第二衬底，以及在第二衬底上的第二互连层。第一互连层和第二互连层可以彼此面对并且可以彼此电连接。在第一方向上重复排列的第一周期结构可以由微透镜限定。第一周期结构的第一排列周期可以等于或大于像素区的像素间距的两倍。

附图说明

图1是根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的像素的电路图。

图2是示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的平面图。

图3是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的沿图2的线I-I'截取的图像传感器的截面图。

图4是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的沿图2的线I-I'截取的图像传感器的截面图。

图5是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的沿图2的线II-II'截取的截面图。

图6是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的图2的区域“M”的放大平面图。

图7是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的沿图6的线I-I'截取的图像传感器的截面图。

图8是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的图2的区域“M”的放大平面图。

图9是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的沿图8的线I-I'截取的截面图。

图10是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的图2的区域“M”的放大平面图。

图11是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的沿图10的线I-I'截取的截面图。

图12、图13和图14是示出根据本发明构思的一些示例实施例的第一微透镜和第二微透镜之间的差异的截面图。

图15是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的图2的区域“M”的放大平面图。

图16A是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的沿图15的线I-I'截取的截面图。

图16B是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的沿图15的线II-II'截取的截面图。

图17是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的图2的区域“M”的放大平面图。

图18是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的图2的区域“M”的放大平面图。

图19是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的沿图18的线I-I'截取的截面图。

图20、图21和图22是示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的滤色器的布置的平面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明构思的一个或多个实施例。相似的附图标记表示相似的元素，并且将省略其重复描述。如本文所用，术语“接触”是指直接连接(即，触碰)，除非上下文另有说明。

图1是根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的像素的电路图。

参照图1，图像传感器可包括第一像素PX1至第四像素PX4。第一像素PX1至第四像素PX4中的每一个可以包括接地区GND、光电转换区PD、传输晶体管Tx和浮置扩散区FD。

接地区GND可以包括P型掺杂剂区。地电压VSS可通过第一节点N1共同施加到第一像素PX1至第四像素PX4的接地区GND。

光电转换区PD可以是包括N型掺杂剂区和P型掺杂剂区的光电二极管。浮置扩散区FD可包括N型掺杂剂区。浮置扩散区FD可用作传输晶体管Tx的漏极。

第一像素PX1至第四像素PX4的浮置扩散区FD可共同连接到第二节点N2。第一像素PX1至第四像素PX4的浮置扩散区FD所连接到的第二节点N2可连接到转换增益晶体管Cx的源极。转换增益晶体管Cx可连接到复位晶体管Rx。

第二节点N2也可以电连接到源极跟随器晶体管Sx的源极跟随器栅极SG。源极跟随器晶体管Sx可以连接到选择晶体管Ax。

下面将参照图1描述图像传感器的操作。首先，在光被阻挡的状态下，电源电压V_DD可以被施加到复位晶体管Rx的漏极和源极跟随器晶体管Sx的漏极，并且复位晶体管Rx可以被导通以释放浮置扩散区FD中剩余的电荷。此后，复位晶体管Rx可以截止，并且外部光可以入射到光电转换区PD以在光电转换区PD中产生电子-空穴对。空穴可以移动到光电转换区PD的P型掺杂剂区中并在其中累积，电子可以移动到光电转换区PD的N型掺杂剂区中并在其中累积。传输晶体管Tx可被导通以将电荷(例如，电子或空穴)传送到浮置扩散区FD中，并且可在浮置扩散区FD中累积所传送的电荷。源极跟随器晶体管Sx的栅极偏置可与累积在浮置扩散区FD中的电荷量成比例地改变，从而引起源极跟随器晶体管Sx的源极的电位改变。此时，选择晶体管Ax可以被导通，从而可以通过列线读取由电荷产生的信号。

互连线可以电连接到传输栅极TG、源极跟随器栅极SG、复位栅极RG和选择栅极AG中的至少一个。互连线可以被配置为将电源电压V_DD施加到复位晶体管Rx的漏极或源极跟随器晶体管Sx的漏极。互连线可以包括连接到选择晶体管Ax的列线。互连线可以包括稍后在图3中描述的第一导电结构830。

图1示出了共享第一节点N1和第二节点N2的第一像素PX1至第四像素PX4，但本发明构思的实施例不限于此。

图2是示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的平面图。图3是沿图2的线I-I'截取的截面图。

参照图2和图3，图像传感器可以包括传感器芯片10。传感器芯片10可以包括第一衬底100、第一互连层800、绝缘层400、保护层470、滤色器CF、围栏图案300和微透镜层500。

当在平面图中看时，第一衬底100可以包括像素阵列区APS、光学黑区OBR和焊盘区PDR。像素阵列区APS可设置在第一衬底100的中心区中。像素阵列区APS可以包括多个像素区PX。参照图1描述的像素可以分别设置在第一衬底100的像素区PX中。例如，可以在每个像素区PX中设置图1的像素中的每一个的部件。像素区PX可以根据入射光输出光电信号。

像素区PX可以二维地排列以构成行和列。行可以平行于第一方向D1。列可平行于第二方向D2。在本说明书中，第一方向D1可平行于第一衬底100的第一表面100a。第二方向D2可平行于第一衬底100的第一表面100a，并且可与第一方向D1相交。例如，第二方向D2可基本垂直于第一方向D1。第三方向D3可垂直于第一方向D1和第二方向D2。例如，第三方向D3可基本垂直于第一衬底100的第一表面100a。

焊盘区PDR可以设置在第一衬底100的边缘区域中以围绕像素阵列区APS。外部连接焊盘600可以设置在焊盘区PDR上。外部连接焊盘600可以将从像素区PX产生的电信号输出到外部。此外，外部电信号或电压可通过外部连接焊盘600传输到像素区PX。由于焊盘区PDR设置在第一衬底100的边缘区域中，因此外部连接焊盘600可以容易地连接到外部装置。光学黑区OBR将在后面详细描述。在下文中，将更详细地描述图像传感器的传感器芯片10的像素阵列区APS。

第一衬底100可具有彼此相对的第一表面100a和第二表面100b。第一衬底100的第一表面100a可以是背面，第一衬底100的第二表面100b可以是正面。光可以入射到第一衬底100的第一表面100a。第一衬底100可以是半导体衬底或绝缘体上硅(SOI)衬底。例如，半导体衬底可以包括硅衬底、锗衬底或硅锗衬底。第一衬底100还可以包括III族元素。III族元素可以是具有第一导电类型的掺杂剂。换句话说，第一衬底100可具有第一导电类型(例如，P型)。例如，具有第一导电类型的掺杂剂可以包括铝(Al)、硼(B)、铟(In)和/或镓(Ga)。

第一衬底100中可以包括多个光电转换区PD。光电转换区PD可以位于第一衬底100的第一表面100a和第二表面100b之间。光电转换区PD可以分别设置在第一衬底100的像素区PX中。图3的光电转换区PD可以对应于图1的光电转换区PD。

光电转换区PD还可以包括V族元素。V族元素可以是具有第二导电类型的掺杂剂。换句话说，光电转换区PD可以是具有第二导电类型的掺杂剂区域。第二导电类型可以是与第一导电类型不同的N型。具有第二导电类型的掺杂剂可以包括磷、砷、铋和/或锑。光电转换区PD可以与第一衬底100的第一表面100a相邻。光电转换区PD可以从第一表面100a向第二表面100b延伸。

隔离图案200可设置在第一衬底100中以限定像素区PX。例如，隔离图案200可以设置在彼此相邻的像素区PX之间。隔离图案200可以是像素隔离图案。隔离图案200可以设置在第一沟槽201中。第一沟槽201可以从第一衬底100的第二表面100b向第一表面100a凹陷。

隔离图案200可以是深沟槽隔离(DTI)图案。在本实施例中，隔离图案200可以穿透第一衬底100。例如，隔离图案200可以从第二表面100b延伸到第一表面100a。在这样的实施例中，隔离图案200在第三方向D3上的厚度可以与第一衬底100在第三方向D3上的厚度相同。在某些实施例中，隔离图案200可以不穿透第一衬底100，而是可以与第一衬底100的第一表面100a间隔开。例如，隔离图案200可以在第一表面100a的方向上从第二表面100b延伸。在这样的实施例中，隔离图案200在第三方向D3上的厚度可以小于第一衬底100在第三方向D3上的厚度。与第二表面100b相邻的隔离图案200在第一方向D1上的宽度可以大于与第一表面100a相邻的隔离图案200在第一方向D1上的宽度。

滤色器CF可以设置在第一衬底100的第一表面100a上并且可以分别设置在像素区PX上。例如，滤色器CF可以分别设置在与光电转换区PD对应的位置处。在一些实施例中，每个滤色器CF可以包括红色过滤器、蓝色过滤器和绿色过滤器中的一种。滤色器CF可以构成滤色器阵列。例如，滤色器CF可以以Bayer图案的形式二维排列。

在某些实施例中，滤色器CF还可包括白色过滤器。例如，滤色器CF可以包括二维排列的红色过滤器、蓝色过滤器、绿色过滤器和白色过滤器。

围栏图案300可以设置在隔离图案200上。例如，围栏图案300可以与隔离图案200竖直地重叠。围栏图案300可以设置在两个相邻的滤色器CF之间以将滤色器CF彼此分离。例如，滤色器CF可以通过围栏图案300彼此物理地和光学地分离。

围栏图案300可以具有与隔离图案200的平面形状相对应的平面形状。例如，围栏图案300可以具有栅格形状。当在平面图中观看时，围栏图案300可以围绕每个像素区PX。围栏图案300可以围绕每个滤色器CF。围栏图案300可以包括第一部分和第二部分。第一部分可平行于第一方向D1延伸，并可在第二方向D2上彼此间隔开。第二部分可平行于第二方向D2延伸，并可在第一方向D1上彼此间隔开。第二部分可以与第一部分相交。

围栏图案300可以包括第一围栏图案310和第二围栏图案320。第一围栏图案310可以设置在绝缘层400和第二围栏图案320之间。例如，第一围栏图案310可以接触绝缘层400的上表面和第二围栏图案320的底表面。第一围栏图案310可以包括导电材料，例如金属和/或金属氮化物。例如，第一围栏图案310可以包括钛和/或氮化钛。

第二围栏图案320可以设置在第一围栏图案310上。第二围栏图案320可以包括与第一围栏图案310的材料不同的材料。第二围栏图案320可以包括有机材料。第二围栏图案320可以包括低折射率材料，并且可以具有绝缘性质。

绝缘层400可以设置在第一衬底100和滤色器CF之间以及隔离图案200和围栏图案300之间。绝缘层400可以覆盖第一衬底100的第一表面100a和隔离图案200的顶表面。例如，绝缘层400可以接触第一衬底100的第一表面100a和隔离图案200的顶表面。绝缘层400可以是背面绝缘层。绝缘层400可以包括底部抗反射涂覆(BARC)层。绝缘层400可以包括多个层，并且绝缘层400的各层可以执行不同的功能。

在一些实施例中，绝缘层400可以包括顺序地堆叠在第一衬底100的第一表面100a上的第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层、第四绝缘层和第五绝缘层。第一绝缘层可以覆盖第一衬底100的第一表面100a。第一绝缘层和第二绝缘层可以是固定电荷层。每个固定电荷层可以由金属氧化物层或金属氟化物层形成。金属氧化物层可以包括就化学计量比而言不充足的氧，金属氟化物层可以包括就化学计量比而言不充足的氟。

例如，第一绝缘层可以由包括从由铪(Hf)、锆(Zr)、铝(Al)、钽(Ta)、钛(Ti)、钇(Y)和镧系元素组成的组中选择的至少一种金属的金属氧化物层或金属氟化物层形成。第二绝缘层可以包括作为第一绝缘层的示例描述的金属氧化物层或金属氟化物层。然而，第二绝缘层可以包括与第一绝缘层的材料不同的材料。例如，第一绝缘层可以包括氧化铝层，并且第二绝缘层可以包括氧化铪层。

第一绝缘层和第二绝缘层中的每一个可以具有负固定电荷并且可以累积空穴。第一衬底100的暗电流和白点可以通过第一绝缘层和第二绝缘层有效地减少。第二绝缘层的厚度可以大于第一绝缘层的厚度。

第三绝缘层可以设置在第二绝缘层上。第三绝缘层可以包括第一含硅材料。例如，第一含硅材料可以包括原硅酸四乙酯(TEOS)或氧化硅。第三绝缘层可以具有良好的填充特性。例如，第三绝缘层可以通过但不限于等离子体增强的化学气相沉积(CVD)方法形成。第三绝缘层的厚度可以大于第一绝缘层的厚度，并且可以大于第二绝缘层的厚度。

第四绝缘层可以设置在第三绝缘层上。第四绝缘层可以包括与第三绝缘层的材料不同的材料。第四绝缘层可以包括与第一含硅材料不同的第二含硅材料。例如，第四绝缘层可以包括氮化硅。第四绝缘层的厚度可以大于第三绝缘层的厚度。

第五绝缘层可设置在第四绝缘层和第一围栏图案310之间以及第四绝缘层和滤色器CF之间。第五绝缘层可以与第一围栏图案310的底表面物理接触。第五绝缘层可以是粘合层或覆盖层。第五绝缘层可以包括高k电介质材料或金属氧化物。第五绝缘层可以包括与第二绝缘层相同的材料。例如，第五绝缘层可以包括氧化铪。第五绝缘层的厚度可以大于第一绝缘层和第二绝缘层的厚度，并且可以小于第三绝缘层和第四绝缘层的厚度。

与上面详细描述的示例不同，绝缘层400的层数可以不同地改变。例如，可以省略第一绝缘层至第五绝缘层中的至少一个。

保护层470可以覆盖绝缘层400和围栏图案300。保护层470可以包括高k电介质材料并且可以具有绝缘性质。例如，保护层470可以包括氧化铝或氧化铪。特别地，保护层470可以包括氧化铝，但是本发明构思的实施例不限于此。保护层470可保护第一衬底100的光电转换区PD免受诸如湿气的外部环境的影响。

滤色器CF可以设置在保护层470上。滤色器CF可以通过围栏图案300彼此间隔开。滤色器CF的最顶表面可以与围栏图案300的顶表面共面。在某些实施例中，滤色器CF的最顶表面可高于围栏图案300的顶表面。

微透镜层500可设置在第一衬底100的第一表面100a上。例如，微透镜层500可以设置在滤色器CF上。保护层470可以设置在第二围栏图案320和微透镜层500之间。

微透镜层500可以包括多个凸微透镜510。微透镜510可以分别设置在与第一衬底100的光电转换区PD对应的位置处。例如，微透镜510可以分别设置在滤色器CF上，并且可以分别对应于滤色器CF。当在平面图中观察时，微透镜510可以沿第一方向D1和第二方向D2布置以构成阵列。每个微透镜510可以在远离第一衬底100的第一表面100a的方向上突出。每个微透镜510可以具有半球形截面。微透镜510可以聚集入射光。

微透镜层500可以是透明的，以对光进行透射。微透镜层500可以包括诸如聚合物的有机材料。例如，微透镜层500可以包括光致抗蚀剂材料或热固性树脂。

透镜涂层530可以设置在微透镜层500上。透镜涂层530可以是透明的。透镜涂层530可以共形地覆盖微透镜层500的顶表面。透镜涂层530可以保护微透镜层500。

第一衬底100可以包括与第二表面100b相邻的接地区GND、浮置扩散区FD和掺杂剂区111。接地区GND、浮置扩散区FD和掺杂剂区111可以设置在每个像素区PX中。接地区GND、浮置扩散区FD和掺杂剂区111中的每一个的底表面可以与光电转换区PD竖直地间隔开。

接地区GND可以用掺杂剂重掺杂以具有第一导电类型(例如，P型)。每个浮置扩散区FD和掺杂剂区111可以用掺杂剂掺杂以具有第二导电类型(例如，N型)。

掺杂剂区111可以是用于晶体管操作的掺杂剂区。掺杂剂区111可包括转换增益晶体管Cx、复位晶体管Rx、源极跟随器晶体管Sx和选择晶体管Ax中的至少一个的源极/漏极区，如上参照图1所述。

器件隔离图案240可以被设置为与第一衬底100的第二表面100b相邻。器件隔离图案240可以限定像素区PX中的有源区域。更具体地说，在像素区PX中，器件隔离图案240可以限定接地区GND、浮置扩散区FD和掺杂剂区111。

器件隔离图案240可以设置在第二沟槽241中，第二沟槽241可以从第一衬底100的第二表面100b凹陷。器件隔离图案240可以是浅沟槽隔离(STI)图案。器件隔离图案240的深度可以小于隔离图案200的深度。器件隔离图案240的一部分可以连接到稍后将在图7中描述的第一隔离图案210的侧壁。例如，器件隔离图案240可以包括氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种。

掩埋栅极图案700可以设置在第一衬底100的第二表面100b上。掩埋栅极图案700可以包括上述图1中所示的传输晶体管Tx的传输栅极TG。尽管图3中未示出，但是可以在每个像素区PX上设置至少一个附加栅极图案。

附加栅极图案可以用作上面参照图1所述的转换增益晶体管Cx、源极跟随器晶体管Sx、复位晶体管Rx和选择晶体管Ax中的至少一个的栅电极。例如，附加栅极图案可以包括转换增益栅极CG、源极跟随器栅极SG、复位栅极RG或选择栅极AG。

掩埋栅极图案700可以具有掩埋栅极结构。例如，掩埋栅极图案700可以包括第一部分710和第二部分720。掩埋栅极图案700的第一部分710可以设置在第一衬底100的第二表面100b上。掩埋栅极图案700的第二部分720可以掩埋在第一衬底100中。掩埋栅极图案700的第二部分720可以连接到第一部分710。第一部分710和第二部分720可以彼此在材料上连续。例如，第一部分710和第二部分720可以同时形成并且由相同的材料形成，而不破坏形成它们的材料的连续性。与图3不同，掩埋栅极图案700可以具有平面栅极结构。在这种情况下，掩埋栅极图案700可以不包括第二部分720。掩埋栅极图案700可以包括金属、金属硅化物、多晶硅或其任意组合。这里，多晶硅可以包括掺杂的多晶硅。

栅极绝缘图案740可以设置在掩埋栅极图案700和第一衬底100之间。例如，栅极绝缘图案740可以包括硅基绝缘材料(例如，氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅)和/或高k电介质材料(例如，氧化铪和/或氧化铝)。

第一焊盘PAD1可以提供在接地区GND上。第一焊盘PAD1可以设置在彼此相邻的像素区PX的接地区GND上，以使接地区GND彼此电连接。第一焊盘PAD1可以包括参照图1描述的第一节点N1。

第二焊盘PAD2可以设置在浮置扩散区FD上。第二焊盘PAD2可设置在彼此相邻的像素区PX的浮置扩散区FD上以使浮置扩散区FD彼此电连接。第二焊盘PAD2可以包括参照图1描述的第二节点N2。

第一焊盘PAD1和第二焊盘PAD2可以包括金属、金属硅化物、多晶硅或者其任意组合。例如，第一焊盘PAD1和第二焊盘PAD2可以包括掺杂的多晶硅。

第一互连层800可以设置在第一衬底100的第二表面100b上。第一互连层800可以包括第一层间绝缘层810、第二层间绝缘层820和第一导电结构830。第一层间绝缘层810可以覆盖掩埋栅极图案700和第一衬底100的第二表面100b。第二层间绝缘层820可以堆叠在第一层间绝缘层810上。例如，第一层间绝缘层810和第二层间绝缘层820中的每一个可以包括诸如氧化硅、氮化硅和/或氮氧化硅的硅基绝缘材料。

第一导电结构830可以设置在第一层间绝缘层810和第二层间绝缘层820中。第一导电结构830可以包括接触件、互连线和过孔件。接触件可以设置在与第二表面100b相邻的第一层间绝缘层810和第二层间绝缘层820中，以便连接到掩埋栅极图案700、第一焊盘PAD1和第二焊盘PAD2以及掺杂剂区111中的至少一个。第一导电结构830的互连线可以连接到接触件。第一导电结构830的过孔件可以穿透第二层间绝缘层820中的至少一个，并且可以连接彼此竖直地相邻的互连线。第一导电结构830可以接收从光电转换区PD输出的光电信号。

在下文中，将详细描述图像传感器的电路芯片20以及第一衬底100的光学黑区OBR和焊盘区PDR。再次参照图2和图3，第一衬底100的光学黑区OBR可以设置在像素阵列区APS和焊盘区PDR之间。光学黑区OBR可包括第一参考像素区RPX1和第二参考像素区RPX2。第一参考像素区RPX1可设置在第二参考像素区RPX2与像素阵列区APS之间。在一些实施例中，第一参考像素区RPX1可设置在多个第二参考像素区RPX2与像素阵列区APS之间。在光学黑区OBR中，光电转换区PD可设置在第一参考像素区RPX1中。第一参考像素区RPX1的光电转换区PD可以具有与像素区PX的光电转换区PD相同的平面面积和体积。光电转换区PD可以不设置在第二参考像素区RPX2中。掺杂剂区111、掩埋栅极图案700和器件隔离图案240可以设置在第一参考像素区RPX1和第二参考像素区RPX2中的每一个中。

绝缘层400可从像素阵列区APS经由光学黑区OBR延伸到焊盘区PDR上。光阻挡层950可以设置在光学黑区OBR上。光阻挡层950可以设置在绝缘层400的顶表面上。由于光阻挡层950，光可以不入射到光学黑区OBR的光电转换区PD。光学黑区OBR的第一参考像素区RPX1和第二参考像素区RPX2的像素可能不输出光电信号，但可能输出噪声信号。噪声信号可能由于由热或暗电流的出现所产生的电子而产生。由于光阻挡层950不覆盖像素阵列区APS，所以光可入射到像素阵列区APS的光电转换区PD。可以从像素区PX输出的光电信号中去除噪声信号。例如，光阻挡层950可以包括诸如钨、铜、铝或其任意合金的金属。

在第一衬底100的光学黑区OBR中，第一导电图案911可以设置在绝缘层400和光阻挡层950之间。第一导电图案911可以用作阻挡层或粘合层。第一导电图案911可以包括金属和/或金属氮化物。例如，第一导电图案911可以包括诸如铜、钨、铝、钛、钽或其任何合金的金属。第一导电图案911可以不延伸到第一衬底100的像素阵列区APS上。

在第一衬底100的光学黑区OBR中，接触插塞960可以设置在第一衬底100的第一表面100a上。接触插塞960可以设置在光学黑区OBR中的最外面的隔离图案200上。穿透绝缘层400的接触沟槽可以限定在第一衬底100的第一表面100a上，接触插塞960可以设置在接触沟槽中。

接触插塞960可包括与光阻挡层950不同的材料。例如，接触插塞960可以包括诸如铝的金属材料。第一导电图案911可以在接触插塞960和绝缘层400之间以及接触插塞960和隔离图案200之间延伸。第一导电图案911可以接触插塞960的侧表面和下表面以及绝缘层400和隔离图案200的上表面。

保护绝缘层471可以设置在光学黑区OBR上。保护绝缘层471可以设置在光阻挡层950的顶表面和接触插塞960的顶表面上。保护绝缘层471可以接触光阻挡层950和接触插塞960的顶表面。保护绝缘层471可以包括与保护层470相同的材料，并且可以连接到保护层470。保护绝缘层471和保护层470可以形成为一体。例如，保护绝缘层471和保护层470可以同时形成并且由相同的材料形成，而不破坏形成它们的材料的连续性。在某些实施例中，保护绝缘层471可以通过与形成保护层470的工艺不同的工艺形成，并且可以与保护层470间隔开。保护绝缘层471可以包括高k电介质材料(例如，氧化铝和/或氧化铪)。

滤光层550可设置在光学黑区OBR的第一表面100a上。滤光层550可以覆盖保护绝缘层471的顶表面。例如，滤光层550可以接触保护绝缘层471的顶表面。滤光层550可阻挡其波长与滤色器CF的波长不同的光。例如，滤光层550可以阻挡红外光。滤光层550可以包括但不限于蓝色过滤器。

有机层501可以设置在滤光层550的顶表面上。在一些实施例中，有机层501可以接触滤光层550的顶表面和侧表面。有机层501可以是透明的。有机层501的顶表面可以基本上是平坦的。例如，有机层501可以包括聚合物。有机层501可以具有绝缘性质。在某些实施例中，与图3不同，有机层501可以连接到微透镜层500。有机层501可以包括与微透镜层500相同的材料。

涂层531可以设置在有机层501上。涂层531可以共形地覆盖有机层501的顶表面。涂层531可以接触有机层501的顶表面。涂层531可以包括绝缘材料并且可以是透明的。涂层531可以包括与透镜涂层530相同的材料。

图像传感器还可包括电路芯片20。电路芯片20堆叠在传感器芯片10上。电路芯片20可包括第二互连层1800和第二衬底1000。第二互连层1800可以设置在第一互连层800和第二衬底1000之间。集成电路1700可以设置在第二衬底1000的顶表面上和/或第二衬底1000中。集成电路1700可包括逻辑电路、存储器电路或其组合。例如，集成电路1700可以包括晶体管。

第二互连层1800可以包括第三层间绝缘层1820和第二导电结构1830。第二导电结构1830可以设置在第三层间绝缘层1820之间和/或第三层间绝缘层1820中。第二导电结构1830可以电连接到集成电路1700。第二互连层1800还可以包括过孔件图案，并且过孔件图案可以连接到第三层间绝缘层1820中的第二导电结构1830。

外部连接焊盘600可以设置在第一衬底100的焊盘区PDR上。外部连接焊盘600可以与第一衬底100的第一表面100a相邻。外部连接焊盘600可以掩埋在第一衬底100中。例如，可以在焊盘区PDR的第一衬底100的第一表面100a中限定焊盘沟槽990，并且可以在焊盘沟槽990中提供外部连接焊盘600。外部连接焊盘600可以包括诸如铝、铜、钨、钛、钽或其任何合金的金属。在图像传感器的安装工艺中，接合线可以形成在外部连接焊盘600上，并且可以连接到外部连接焊盘600。外部连接焊盘600可以通过接合线电连接到外部装置。

第一通孔901可被限定为与外部连接焊盘600的第一侧相邻。第一通孔901可以设置在外部连接焊盘600和接触插塞960之间。第一通孔901可以穿透绝缘层400、第一衬底100和第一互连层800。第一通孔901还可以穿透第二互连层1800的至少一部分。第一通孔901可以具有第一底表面和第二底表面。第一通孔901的第一底表面可以暴露第一导电结构830。第一通孔901的第二底表面可以设置在比第一底表面低的水平处。第一通孔901的第二底表面可暴露第二导电结构1830。

第一导电图案911可以从光学黑区OBR延伸到焊盘区PDR上。第一导电图案911可以覆盖第一通孔901的内表面。第一通孔901中的第一导电图案911可以与第一导电结构830的顶表面接触。因此，第一导电结构830可以通过第一导电图案911电连接到稍后在图7中描述的第二隔离图案220。

第一通孔901中的第一导电图案911也可以连接到第二导电结构1830的顶表面。第二导电结构1830可以通过第一导电图案911电连接到第一导电结构830和第二隔离图案220。

第一填充图案921可以设置在第一通孔901中以填充第一通孔901。第一填充图案921可以包括低折射率材料并且可以具有绝缘性质。第一填充图案921可以包括与第二围栏图案320相同的材料。第一填充图案921的顶表面可以具有凹陷。例如，第一填充图案921的顶表面的中心可以低于第一填充图案921的顶表面的边缘。

第一封盖图案931可以设置在第一填充图案921的顶表面上以填充凹陷。第一封盖图案931的顶表面可以是基本平坦的。第一封盖图案931可以包括诸如光致抗蚀剂材料的绝缘聚合物。

第二通孔902可被限定为与外部连接焊盘600的第二侧相邻。第二通孔902可以穿透绝缘层400、第一衬底100和第一互连层800。第二通孔902可以穿透第二互连层1800的一部分以暴露第二导电结构1830。

第二导电图案912可以设置在焊盘区PDR上。第二导电图案912可以设置在第二通孔902中，以共形地覆盖第二通孔902的内侧壁和底表面。第二导电图案912可以电连接到第二导电结构1830。

第二导电图案912可以在外部连接焊盘600和焊盘沟槽990的内表面之间延伸，以覆盖外部连接焊盘600的底表面和侧壁。当图像传感器工作时，电路芯片20的集成电路1700可以通过第二导电结构1830、第二导电图案912和外部连接焊盘600发送/接收电信号。

第二填充图案922可以设置在第二通孔902中以填充第二通孔902。第二填充图案922可以包括低折射率材料并且可以具有绝缘性质。例如，第二填充图案922可包括与第二围栏图案320相同的材料。第二填充图案922的顶表面可具有凹陷。

第二封盖图案932可设置在第二填充图案922的顶表面上以填充凹陷。第二封盖图案932的顶表面可以是基本平坦的。第二封盖图案932可以包括诸如光致抗蚀剂材料的绝缘聚合物。

保护绝缘层471可从光学黑区OBR延伸到焊盘区PDR上。保护绝缘层471可以设置在绝缘层400的顶表面上，并且可以延伸到第一通孔901和第二通孔902中。保护绝缘层471可以在第一通孔901中设置在第一导电图案911和第一填充图案921之间。保护绝缘层471可以在第二通孔902中设置在第二导电图案912和第二填充图案922之间。保护绝缘层471可以暴露外部连接焊盘600。

图4是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的沿图2的线I-I'截取的截面图。在本实施例中，为了解释的方便和容易，将省略对与上面参照图1至图3所述相同的技术特征的描述，并且将主要描述本实施例与图1至图3的上述实施例之间的差异。

参照图2和图4，图像传感器可以包括传感器芯片10和电路芯片20。传感器芯片10可包括第一连接焊盘850。第一连接焊盘850可以暴露在传感器芯片10的底表面处。第一连接焊盘850可以设置在最下面的第二层间绝缘层820中。第一连接焊盘850可电连接到第一导电结构830。第一连接焊盘850可以包括诸如金属的导电材料。对于一些示例，第一连接焊盘850可以包括铜。对于某些示例，第一连接焊盘850可以包括铝、钨、钛和/或其任何合金。

电路芯片20可以包括第二连接焊盘1850。第二连接焊盘1850可以暴露在电路芯片20的顶表面。第二连接焊盘1850可以设置在最上面的第三层间绝缘层1820中。第二连接焊盘1850可以电连接到集成电路1700。第二连接焊盘1850可以包括诸如金属的导电材料。对于一些示例，第二连接焊盘1850可以包括铜。对于某些示例，第二连接焊盘1850可以包括铝、钨、钛和/或其任何合金。

电路芯片20可以通过直接接合而连接到传感器芯片10。例如，第一连接焊盘850和第二连接焊盘1850可以彼此竖直地对齐，并且第一连接焊盘850和第二连接焊盘1850可以彼此接触。因此，第二连接焊盘1850可以直接接合到第一连接焊盘850。结果，电路芯片20的集成电路1700可以通过第一连接焊盘850和第二连接焊盘1850电连接到传感器芯片10的晶体管和/或外部连接焊盘600。

第二层间绝缘层820可以直接粘附到第三层间绝缘层1820。在这种情况下，可以在第二层间绝缘层820和第三层间绝缘层1820之间形成化学键。

第一通孔901可以包括第一通孔部分91、第二通孔部分92和第三通孔部分93。第一通孔部分91可以穿透绝缘层400、第一衬底100和第一互连层800，并且可以具有第一底表面。第二通孔部分92可以穿透绝缘层400、第一衬底100和第一互连层800，并且可以延伸到第二互连层1800的上部中。第二通孔部分92可具有暴露第二导电结构1830的顶表面的第二底表面。第二通孔部分92的侧壁可与第一通孔部分91的侧壁间隔开。第三通孔部分93可设置在第一通孔部分91的上部和第二通孔部分92的上部之间，并可连接到第一通孔部分91的上部和第二通孔部分92的上部。第一导电图案911、保护绝缘层471和第一填充图案921可设置在第一通孔901中。第一导电图案911可以覆盖第一通孔部分91、第二通孔部分92和第三通孔部分93的内表面。

图5是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的沿图2的线II-II'截取的截面图。在本实施例中，为了解释的方便和容易，将省略对与上面参照图1至图4所述相同的技术特征的描述，并且将主要描述本实施例与图1至图4的上述实施例之间的差异。

参照图2和图5，图像传感器还可包括设置在传感器芯片10和电路芯片20之间的中间芯片30。中间芯片30可包括第三互连层2800和第三衬底2000。第三互连层2800可以设置在第一互连层800和第三衬底2000之间。电路芯片20的第二互连层1800可以设置在第三衬底2000下方。

驱动晶体管2700可以设置在第三衬底2000的顶表面上。驱动晶体管2700可以包括参照图1描述的转换增益晶体管Cx、复位晶体管Rx、源极跟随器晶体管Sx和选择晶体管Ax。换句话说，根据本实施例，图1的光电转换区PD、传输晶体管Tx和浮置扩散区FD可以设置在传感器芯片10的第一衬底100中或传感器芯片10的第一衬底100上。图1的转换增益晶体管Cx、复位晶体管Rx、源极跟随器晶体管Sx和选择晶体管Ax可以设置在中间芯片30的第三衬底2000上。

第三互连层2800可以包括第四层间绝缘层2820和第三导电结构2830。第三导电结构2830可以设置在第四层间绝缘层2820之间和/或第四层间绝缘层2820中。第三导电结构2830可以电连接到驱动晶体管2700。第三导电结构2830可以包括接触件、互连线和过孔件。

传感器芯片10可以包括第一连接焊盘850。第一连接焊盘850可以暴露在传感器芯片10的底表面处。第一连接焊盘850可以设置在最下面的第二层间绝缘层820中。第一连接焊盘850可电连接到第一导电结构830。

中间芯片30可以包括第三连接焊盘2850。第三连接焊盘2850可以暴露在中间芯片30的顶表面上。第三连接焊盘2850可以设置在最上面的第四层间绝缘层2820中。第三连接焊盘2850可以电连接到驱动晶体管2700。第三连接焊盘2850可包括例如金属的导电材料。对于一些示例，第三连接焊盘2850可包括铜。对于某些示例，第三连接焊盘2850可包括铝、钨、钛和/或其任何合金。

中间芯片30可以通过直接接合而连接到传感器芯片10。例如，第一连接焊盘850和第三连接焊盘2850可以彼此竖直地对齐，并且第一连接焊盘850和第三连接焊盘2850可以彼此接触。因此，第三连接焊盘2850可以直接接合到第一连接焊盘850。结果，中间芯片30的驱动晶体管2700可以通过第一连接焊盘850和第三连接焊盘2850电连接到传感器芯片10的浮置扩散区FD。

第二层间绝缘层820可以直接粘附到第四层间绝缘层2820。在这种情况下，可以在第二层间绝缘层820和第四层间绝缘层2820之间形成化学键。

中间芯片30还可以包括穿透第三衬底2000的通孔2840。通孔2840中的每一个可以将第三互连层2800电连接到第二互连层1800。换句话说，中间芯片30和电路芯片20可以通过通孔2840彼此电连接。

图6是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的图2的区域“M”的放大平面图。图7是沿图6的线I-I'截取的截面图。在本实施例中，为了解释的容易和方便，将省略对与上面参照图1至图5所述相同的技术特征的描述，并且将主要描述本实施例与图1至图5的上述实施例之间的差异。

参照图6和图7，图像传感器可以包括第一衬底100。图像传感器还可包括设置在第一衬底100的第一表面100a上的绝缘层400、滤色器CF、围栏图案300和微透镜层500。在本实施例中，省略了第一衬底100下面的部件的图示，并且第一衬底100下面的部件可以与上面参照图3至图5描述的相同。

第一衬底100的像素阵列区APS可以包括二维排列的像素区PX。像素区PX可以具有相同的尺寸(或面积)。每个像素区PX可以包括光电转换区PD。

具有栅格形状的隔离图案200可以设置在第一衬底100中。隔离图案200可以限定像素区PX。在一些实施例中，隔离图案200可以包括第一隔离图案210和第二隔离图案220。

第一隔离图案210可以设置在第二隔离图案220和第一衬底100之间。例如，第一隔离图案210可以包括诸如氧化硅的绝缘材料。第二隔离图案220可以包括诸如掺杂多晶硅或金属的导电材料。例如，如上面参照图3所述，与焊盘区PDR相邻的第二隔离图案220可以电连接到第一导电图案911。

绝缘层400可以设置在第一衬底100的第一表面100a上。滤色器CF可以设置在每个像素区PX上。滤色器CF可以设置在绝缘层400上。滤色器CF可以是红色过滤器、绿色过滤器、蓝色过滤器、白色过滤器或透明过滤器。滤色器CF的配置将在后面参照图20至图22进行描述。

围栏图案300可以设置在彼此相邻的滤色器CF之间。保护层470可设置在围栏图案300和滤色器CF之间。

包括微透镜510的微透镜层500可以设置在滤色器CF上。微透镜层500可以包括平坦层505和在平坦层505上的微透镜510。在一些实施例中，平坦层505可包括与微透镜510相同的材料。因此，可以省略平坦层505和微透镜510之间的边界。在某些实施例中，平坦层505可包括与微透镜510的材料不同的材料。

透镜涂层530可以设置在微透镜510上。微透镜510可以分别设置在滤色器CF上。微透镜510可以是二维布置的。详细地，微透镜510可以具有相同的尺寸。微透镜510可以在第一方向D1上以第一间距均匀地布置。微透镜510可以在第二方向D2上以第二间距布置。第一间距和第二间距可以彼此相等。第一间距和第二间距中的每一个可以等于像素区PX的像素间距PPI。

根据本实施例的每个微透镜510可以具有相同的尺寸、相同的曲率和相同的形状，并且可以包括相同的材料。在本发明构思中，具有相同尺寸的微透镜可以意味着微透镜的直径彼此相等，并且微透镜的高度彼此相等。在本发明构思中，具有相同曲率的微透镜可以意味着微透镜的曲率半径彼此相等。在本发明构思中，包括相同材料的微透镜可以意味着微透镜由相同材料形成以具有相同的折射率。在本发明构思中，具有相同形状的微透镜可以意味着微透镜具有相同的面积和相同的平面形状。

由于微透镜510是二维排列的，因此当在平面图中观察时，微透镜510可以构成或形成光栅图案GRP。光栅图案GRP可以包括多个第一线图案LIP1以及多个第二线图案LIP2，每个第一线图案由在第二方向D2上布置的微透镜510形成，每个第二线图案由在第一方向D1上布置的微透镜510形成。第一线图案LIP1可沿第二方向D2延伸，第二线图案LIP2可与第一线图案LIP1相交并可沿第一方向D1延伸。

第一线图案LIP1的间距可等于微透镜510在第一方向D1上的第一排列周期PER1。第二线图案LIP2的间距可等于微透镜510在第二方向D2上的第二排列周期PER2。

在本实施例中，第一排列周期PER1可等于第二排列周期PER2。第一排列周期PER1与第二排列周期PER2中的每一个可等于像素间距PPI。

再次参照图6和图7，由微透镜510形成的光栅图案GRP可以从入射光ICL产生第一衍射光DFL1。更具体地说，光栅图案GRP可以用作衍射光栅，从而可以通过微透镜510上的相长干涉和相消干涉产生第一衍射光DFL1。第一衍射光DFL1可相对于入射光ICL具有第一衍射角θ1。

第一衍射光DFL1可在设置在微透镜510上方的IR过滤器IRF处反射，然后可入射到另一像素区PX。第一衍射光DFL1可在红外(IR)过滤器IRF的顶表面处反射，然后可入射到另一像素区PX。第一衍射光DFL1可在设置于IR过滤器IRF上方的模块透镜MDL处反射，然后可入射到另一像素区PX。

结果，第一衍射光DFL1可再次入射到其它像素区PX，从而可产生噪声信号。噪声信号可展示为图像传感器的输出(例如，图像)中的花瓣形图案。产生对应于噪声信号的花瓣形图案的现象可被称为花瓣闪耀。

在根据本实施例的图像传感器中，微透镜510的光栅图案GRP可以具有第一排列周期PER1和第二排列周期PER2，第一排列周期PER1和第二排列周期PER2具有非常小的值。随着排列周期的减小，从入射光ICL产生的衍射光的衍射级可以减小，衍射光的衍射角可以增大。

例如，在本实施例中，可单独地强烈产生相对于入射光ICL具有第一衍射级的第一衍射光DFL1，第一衍射光DFL1可具有大于70度的第一衍射角θ1。因此，在本实施例的图像传感器中可强烈地产生上述花瓣闪耀。

图8是图2的区域“M”的放大平面图，以示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器。图9是沿图8的线I-I'截取的截面图。在本实施例中，为了解释的容易和方便，将省略对与上面参照图6和图7所述相同的技术特征的描述，并且将主要描述本实施例与图6和图7的上述实施例之间的差异。

参照图8和图9，根据本发明构思的微透镜510可以包括第一微透镜510A和第二微透镜510B。第一微透镜510A和第二微透镜510B可以沿第一方向D1交替布置。第一微透镜510A和第二微透镜510B在第一方向D1上的重复结构可以包括第一周期结构PES1。第一周期结构PES1可以包括在第一方向D1上并排布置的单个第一微透镜510A和单个第二微透镜510B。多个第一周期结构PES1可以在第一方向D1上布置。

第一微透镜510A和第二微透镜510B可以在第二方向D2上交替布置。第一微透镜510A和第二微透镜510B在第二方向D2上的重复结构可以包括第二周期结构PES2。第二周期结构PES2可以包括在第二方向D2上并排布置的单个第一微透镜510A和单个第二微透镜510B。多个第二周期结构PES2可以沿第二方向D2布置。

第一微透镜510A和第二微透镜510B可以彼此不同。在本说明书中，第一微透镜510A和第二微透镜510B彼此不同可以意味着它们的尺寸、曲率、材料和/或形状彼此不同。例如，第一微透镜510A和第二微透镜510B可以在尺寸、曲率、材料和形状的至少一种上彼此不同。

在本发明构思中，微透镜具有不同尺寸可以意味着微透镜的直径彼此不同，并且微透镜的高度彼此不同。在本发明构思中，微透镜具有不同曲率可以意味着微透镜的曲率半径彼此不同。在本发明构思中，微透镜具有不同材料可以意味着微透镜包括具有不同折射率的材料。在本发明构思中，微透镜具有不同形状可以意味着微透镜具有不同的面积和不同的平面形状。

例如，再次参照图9，第一微透镜510A的尺寸可以不同于第二微透镜510B的尺寸。第一微透镜510A可具有第一直径DI1，第二微透镜510B可具有小于第一直径DI1的第二直径DI2。第一微透镜510A可以具有第一高度HE1。第一高度HE1可以是从平坦层505的顶表面到第一微透镜510A的顶峰的垂直距离。第二微透镜510B可以具有小于第一高度HE1的第二高度HE2。第二高度HE2可以是从平坦层505的顶表面到第二微透镜510B的顶峰的垂直距离。

再次参照图6和图7，相同的微透镜510可以以图案A A A A A...布置在第一方向D1上，从而光栅图案GRP的第一排列周期PER1可以等于微透镜510的间距。光栅图案GRP的第二排列周期PER2也可等于微透镜510的间距。

再次参照图8和图9，彼此不同的第一微透镜510A和第二微透镜510B可以以图案AB A B A B...布置在第一方向D1上，因此，与图6和图7的第一排列周期PER1相比，可以增加稍后将描述的光栅图案GRP的第一排列周期PER1。例如，本实施例的第一排列周期PER1可以等于以图案(A B)(A B)(A B)布置的第一周期结构PES1(AB)的间距。

彼此不同的第一微透镜510A和第二微透镜510B可以以图案A BA B A B...布置在第二方向D2上，因此，与图6和图7的第二排列周期PER2相比，可以增加稍后将描述的光栅图案GRP的第二排列周期PER2。

第一周期结构PES1和第二周期结构PES2可以二维排列以构成或形成光栅图案GRP。换句话说，本实施例的光栅图案GRP可以由第一周期结构PES1和第二周期结构PES2而不是微透镜510来限定。

本实施例的第一线图案LIP1的间距可以等于第一周期结构PES1在第一方向D1上的间距，即，第一排列周期PER1。本实施例的第二线图案LIP2的间距可以等于第二周期结构PES2在第二方向D2上的间距，即，第二排列周期PER2。

第一排列周期PER1可为第一周期结构PES1在第一方向D1上的间距，而非微透镜510在第一方向D1上的间距。因此，在本实施例中的第一排列周期PER1可为上文描述的图6和图7中的第一排列周期PER1的约两倍。本实施例的第一排列周期PER1可为像素间距PPI的约两倍。

第二排列周期PER2可为第二周期结构PES2在第二方向D2上的间距，而非微透镜510在第二方向D2上的间距。因此，在本实施例中，第二排列周期PER2可为上文描述的图6与图7中的第二排列周期PER2的约两倍。本实施例的第二排列周期PER2可为像素间距PPI的约两倍。

由本实施例的微透镜510形成的光栅图案GRP可以从入射光ICL产生第一衍射光DFL1和第二衍射光DFL2。第一衍射光DFL1相对于入射光ICL可具有第一衍射角θ1，第二衍射光DFL2相对于入射光ICL可具有第二衍射角θ2。根据本实施例的光栅图案GRP可以具有第一排列周期PER1和第二排列周期PER2，其约为上文描述的图6和图7中的光栅图案GRP的排列周期的两倍。因此，由入射光ICL产生的衍射光的衍射级可以增加，衍射光的衍射角可以减小。

例如，在本实施例中，可产生相对于入射光ICL具有第一衍射级的第一衍射光DFL1和具有第二衍射级的第二衍射光DFL2。由于从单个入射光ICL产生两个衍射光，因此每个衍射光的强度可小于图7的第一衍射光DFL1的强度。另外，由于第二衍射光DFL2具有小于70度的第二衍射角θ2，因此可减小受第二衍射光DFL2影响的区域的面积。

在根据本实施例的图像传感器中，可以增加光栅图案GRP的排列周期，以散射从入射光产生的衍射光并降低其强度。结果，花瓣闪耀可以很小并且微弱地产生，以降低花瓣闪耀的可见度。因此，在本发明构思的当前实施例中，可以通过增加光栅图案GRP的排列周期来解决上述图6和图7中的限制。

图10是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的图2的区域“M”的放大平面图。图11是沿图10的线I-I'截取的截面图。在本实施例中，为了解释的容易和方便，将省略对与上面参照图8和图9所述相同的技术特征的描述，并且将主要描述本实施例与图8和图9的上述实施例之间的差异。

参照图10和图11，根据本发明构思的微透镜510可以包括第一微透镜510A、第二微透镜510B和第三微透镜510C。

第一微透镜至第三微透镜510A、510B和510C可以在第一方向D1上交替布置。第一微透镜至第三微透镜510A、510B和510C在第一方向D1上的重复结构可以包括第一周期结构PES1。第一周期结构PES1可以包括在第一方向D1上并排布置的单个第一微透镜510A、单个第二微透镜510B和单个第三微透镜510C。多个第一周期结构PES 1可以在第一方向D1上布置。

第一微透镜至第三微透镜510A、510B和510C可以在第二方向D2上交替布置。第一微透镜至第三微透镜510A、510B和510C在第二方向D2上的重复结构可以包括第二周期结构PES2。第二周期结构PES2可以包括在第二方向D2上并排布置的单个第一微透镜510A、单个第二微透镜510B和单个第三微透镜510C。多个第二周期结构PES2可以在第二方向D2上布置。

第一微透镜至第三微透镜510A、510B和510C可以彼此不同。例如，第一微透镜至第三微透镜510A、510B和510C可以具有不同的直径和不同的高度。第一微透镜510A可以具有第一直径DI 1，第二微透镜510B可以具有小于第一直径DI 1的第二直径DI2，并且第三微透镜510C可以具有小于第二直径DI2的第三直径DI3。第一微透镜510A可以具有第一高度HE1，第二微透镜510B可以具有比第一高度HE1小的第二高度HE2，并且第三微透镜510C可以具有比第二高度HE2小的第三高度HE3。第一高度HE1、第二高度HE2和第三高度HE3可以分别是从平坦层505的顶表面到第一微透镜510A、第二微透镜510B和第三微透镜510A、510B和510C的顶峰的垂直距离。

第一周期结构PES1和第二周期结构PES2可以二维排列以构成或形成光栅图案GRP。本实施例的第一线图案LIP1的间距可以等于第一周期结构PES 1在第一方向D1上的间距，即，第一排列周期PER1。本实施例的第二线图案LIP2的间距可以等于第二周期结构PES2在第二方向D2上的间距，即，第二排列周期PER2。本实施例的第一排列周期PER1和第二排列周期PER2中的每一者均可为像素间距PPI的约三倍。

由本实施例的微透镜510形成的光栅图案GRP可以从入射光ICL产生第一衍射光DFL1、第二衍射光DFL2和第三衍射光DFL3。第一衍射光DFL1相对于入射光ICL可具有第一衍射角θ1，第二衍射光DFL2相对于入射光ICL可具有第二衍射角θ2，第三衍射光DFL3相对于入射光ICL可具有第三衍射角θ3。根据本实施例的光栅图案GRP可以具有第一排列周期PER1和第二排列周期PER2，其约为上文描述的图6和图7中的光栅图案GRP的排列周期的三倍。因此，由入射光ICL产生的衍射光的衍射级可以增加，衍射光的衍射角可以减小。

例如，在本实施例中，可产生相对于入射光ICL具有第一衍射级的第一衍射光DFL1、具有第二衍射级的第二衍射光DFL2和具有第三衍射级的第三衍射光DFL3。由于三个衍射光由单个入射光ICL产生，因此每个衍射光的强度可远小于图7的第一衍射光DFL1的强度。另外，由于第三衍射光DFL3具有小于40度的第三衍射角θ3，因此受第三衍射光DFL3影响的区域的面积可减小。

在根据本实施例的图像传感器中，可以进一步增加光栅图案GRP的排列周期，以增加从入射光产生的衍射光的散射，并进一步降低其强度。结果，花瓣闪耀可以非常小并且微弱地产生，从而显著地降低花瓣闪耀的可见性。因此，在本发明构思的当前实施例中，可以通过增加光栅图案GRP的排列周期来解决上述图6和图7中的限制。

图12、图13和图14是示出根据本发明构思的一些示例实施例的第一微透镜和第二微透镜之间的差异的截面图。

参照图12，第一微透镜510A和第二微透镜510B可以具有不同的曲率。例如，可以定义与第一微透镜510A的表面重叠的第一假想圆IMC1。可以定义与第二微透镜510B的表面重叠的第二假想圆IMC2。第一假想圆IMC1的第一半径ROC1可以是第一微透镜510A的第一曲率半径，第二假想圆IMC2的第二半径ROC2可以是第二微透镜510B的第二曲率半径。

第一微透镜510A的第一半径ROC1可以大于第二微透镜510B的第二半径ROC2。换句话说，第一微透镜510A的曲率可以小于第二微透镜510B的曲率。由于第一微透镜510A和第二微透镜510B具有不同的曲率，因此第一微透镜510A的高度HE1可以与第二微透镜510B的高度HE2不同。

参照图13，第一微透镜510A的第一顶峰CR1的水平可以不同于第二微透镜510B的第二顶峰CR2的水平。例如，第一微透镜510A的第一顶峰CR1的水平可以低于第二微透镜510B的第二顶峰CR2的水平。

第一微透镜510A和第二微透镜510B可以具有相同的直径、相同的高度和相同的曲率。同时，第一微透镜510A下的平坦层505的高度HE4(或厚度)可以小于第二微透镜510B下的平坦层505的高度HE5(或厚度)。因此，第一微透镜510A的第一顶峰CR1的水平可以低于第二微透镜510B的第二顶峰CR2的水平。

参照图14，第一微透镜510A和第二微透镜510B可以包括不同的材料。更具体地说，第一微透镜510A和第二微透镜510B可以具有相同的直径、相同的高度和相同的曲率。然而，第一微透镜510A的第一折射率n1可以不同于第二微透镜510B的第二折射率n2。

如参照图12至图14所述，在本发明构思中，微透镜彼此不同可以意味着微透镜的尺寸、曲率、材料和/或形状彼此不同。例如，微透镜在尺寸、曲率、材料和形状的至少一者上可以彼此不同。在本发明构思的一些实施例中，尺寸、曲率、材料和微透镜的形状中的两者或更多可以彼此不同。图12至图14所示的实施例可以被提供为与提供本文公开的包括图1至图10以及图15至图22示出的那些在内的实施例中的任何实施例以任何形式组合。

图15是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的图2的区域“M”的放大平面图。图16A是沿图15的线I-I'截取的截面图。图16B是沿图15的线I I-I I'截取的截面图。

参照图15、图16A和图16B，第一周期结构PES1可以包括在第一方向D1上顺序布置的两个第一微透镜510A和两个第二微透镜510B。第一周期结构PES1的第一排列周期PER1可以是像素间距PPI的大约四倍。换句话说，本实施例的光栅图案GRP的第一线图案LIP1可以具有4×PPI的周期(或间距)。

第二周期结构PES2可以包括在第二方向D2上顺序布置的单个第一微透镜510A和单个第二微透镜510B。第二周期结构PES2的第二排列周期PER2可以是像素间距PPI的约两倍。换句话说，本实施例的光栅图案GRP的第二线图案LIP2可以具有2×PPI的周期(或间距)。

如本实施例所示，光栅图案GRP的第一周期结构PES1和第二周期结构PES2可以彼此不同。第一周期结构PES1可以是N×PPI，第二周期结构PES2可以是M×PPI，“N”和“M”中的每一个可以是2或更大的整数，并且“N”和“M”可以彼此相等或不同。

图17是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的图2的区域“M”的放大平面图。参照图17，第一周期结构PES1可以包括在第一方向D1上顺序布置的单个第一微透镜510A和两个第二微透镜510B。第一周期结构PES1的第一排列周期PER1可以是像素间距PPI的约三倍。换句话说，本实施例的光栅图案GRP的第一线图案LIP1可以具有3×PPI的周期(或间距)。

第二周期结构PES2可以包括在第二方向D2上顺序布置的单个第一微透镜510A和两个第二微透镜510B。第二周期结构PES2的第二排列周期PER2可以是像素间距PPI的约三倍。换句话说，本实施例的光栅图案GRP的第二线图案LIP2可以具有3×PPI的周期(或间距)。

再次参照图15和图17，根据本发明构思的第一周期结构PES1可以包括并排布置的至少两个第一微透镜510A和/或并排布置的至少两个第二微透镜510B。第一周期结构PES1可以包括顺序布置的N个第一微透镜510A和M个第二微透镜510B。“N”和“M”中的每一个可以是1到5的整数。例如，在图15的第一周期结构PES 1中，“N”可以是2，并且“M”可以是2。例如，在图17的第一周期结构PES1中，“N”可以是1，并且“M”可以是2。例如，在图8的第一周期结构PES1中，“N”可以是1，并且“M”可以是1。对第二周期结构PES2的描述可以与对第一周期结构PES1的上述描述基本上相同。

图18是用于示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的图2的区域“M”的放大平面图。图19是沿图18的线I-I'截取的截面图。

参照图18和图19，第一周期结构PES 1可以包括在第一方向D1上顺序布置的第一微透镜510A、第二微透镜510B、第三微透镜510C和第四微透镜510D。第一周期结构PES 1的第一排列周期PER1可以是像素间距PPI的大约四倍。换句话说，本实施例的光栅图案GRP的第一线图案LIP1可以具有4×PPI的周期(或间距)。

第二周期结构PES2可以包括在第二方向D2上顺序排列的第一微透镜510A、第二微透镜510B、第三微透镜510C和第四微透镜510D。第二周期结构PES2的第二排列周期PER2可以是像素间距PPI的大约四倍。换句话说，本实施例的光栅图案GRP的第二线图案LIP2可以具有4×PPI的周期(或间距)。

根据本实施例的第一微透镜510A至第四微透镜510D可具有不同的形状。更具体地说，第一微透镜510A至第四微透镜510D可具有不同的面积和不同的平面形状。

第一微透镜510A可具有圆形平面形状。第二微透镜510B可以包括多个子透镜SML。第三微透镜510C可以具有多边形形状，例如八边形平面形状。第四微透镜510D可以具有多边形形状，例如六边形平面形状。

图20、图21和图22是示出根据本发明构思的一些示例实施例的图像传感器的滤色器的布置的平面图。

参照图20，滤色器CF可包括以2×2阵列的形式布置的第一滤色器至第三滤色器CF1、CF2和CF3。2×2滤色器CF可包括单个第一滤色器CF1、两个第二滤色器CF2、和单个第三滤色器CF3。2×2滤色器CF可以以拜耳图案的形式二维排列。例如，第一滤色器CF1可以是红色过滤器，第二滤色器CF2可以是绿色过滤器，第三滤色器CF3可以是蓝色过滤器。

参照图21，可提供第一像素组至第三像素组G1、G2和G3。第一像素组G1可以感测第一光，第二像素组G2可以感测第二光，第三像素组G3可以感测第三光。

第一像素组至第三像素组G1、G2和G3中的每一个可以包括N×M阵列中的N×M像素区PX。“N”和“M”可以各自独立地为大于1的整数。在本实施例中，“N”和“M”中的每一个可以是2，并且图像传感器可以具有2×2的四结构的像素阵列。

第一像素组G1可包括第一滤色器CF1，第二像素组G2中的每一个可包括第二滤色器CF2，并且第三像素组G3可包括第三滤色器CF3。例如，第一滤色器CF1可以是红色过滤器，第二滤色器CF2可以是绿色过滤器，第三滤色器CF3可以是蓝色过滤器。

参照图22，第一像素组至第三像素组G1、G2和G3中的每一个可以包括以N×M阵列形式排列的N×M像素区PX。在本实施例中，“N”和“M”中的每一个可以是3，并且图像传感器可以具有3×3Nona结构的像素阵列。

根据本发明构思的实施例，可以在不改变像素尺寸的同时，使用具有不同微透镜的重复周期结构来增加产生衍射光的光栅图案的重复周期。因此，在根据本发明构思的图像传感器中，可以降低花瓣闪耀的可见度，并且可以解决由花瓣闪耀在图像(输出)中产生的噪声现象。

尽管已经具体示出和描述了本发明构思的实施例，但是本领域的普通技术人员之一将理解，在不脱离所附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改变。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：

第一衬底，其包括像素区，所述像素区中的每一个包括光电转换区；

滤色器，其分别设置在所述像素区上，所述滤色器设置在所述第一衬底的第一表面上；以及

微透镜，其分别设置在所述滤色器上，

其中，由所述微透镜限定在第一方向上重复排列的第一周期结构，

其中，所述第一周期结构中的每一个包括所述微透镜中的第一微透镜和第二微透镜，

其中，所述第一微透镜和所述第二微透镜在尺寸、曲率、材料和形状中的至少一者上彼此不同，并且

其中，所述第一周期结构的第一排列周期等于或大于所述像素区的像素间距的两倍。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，

其中，由所述微透镜限定在与所述第一方向相交的第二方向上重复排列的第二周期结构，

其中，所述第二周期结构中的每一个包括所述微透镜中的所述第一微透镜和所述第二微透镜，

其中，所述第二微透镜和所述第三微透镜在尺寸、曲率、材料和形状上彼此相同，并且

其中，所述第二周期结构的第二排列周期等于或大于所述像素间距的两倍。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第二排列周期实质上等于所述第一排列周期。

4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第二排列周期与所述第一排列周期不同。

5.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第一周期结构和所述第二周期结构构成光栅图案，所述光栅图案被配置为从入射光生成多个衍射光。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，

其中，所述第一微透镜的第一直径不同于所述第二微透镜的第二直径，并且

其中，所述第一微透镜的第一高度不同于所述第二微透镜的第二高度。

7.根据权利要求1所述的图像传感器，

其中，所述第一微透镜包括具有第一折射率的第一材料，并且

其中，所述第二微透镜包括具有不同于所述第一折射率的第二折射率的第二材料。

8.根据权利要求1所述的图像传感器，

其中，所述第一微透镜的第一曲率半径不同于所述第二微透镜的第二曲率半径，并且

其中，所述第一微透镜的第一高度不同于所述第二微透镜的第二高度。

9.根据权利要求1所述的图像传感器，

其中，所述第一周期结构中的每一个包括在所述第一方向上依次排列的N个第一微透镜和M个第二微透镜，并且

其中，N和M中的每一个是1至5的整数。

10.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：

晶体管，其设置在所述第一衬底的与所述第一表面相对的第二表面上；

第一互连层，其在所述第二表面上；

第二衬底；以及

第二互连层，其在所述第二衬底上，

其中，所述第一互连层和所述第二互连层竖直地堆叠并且彼此电连接。

11.一种图像传感器，包括：

衬底，其包括像素区，所述像素区中的每一个包括光电转换区；

滤色器，其分别设置在所述像素区上，所述滤色器设置在所述衬底的第一表面上；以及

微透镜，其分别设置在所述滤色器上，

其中，由所述微透镜限定在第一方向上重复排列的第一周期结构，

其中，由所述微透镜限定在与所述第一方向相交的第二方向上重复排列的第二周期结构，

其中，所述第一周期结构的第一排列周期等于或大于所述像素区的像素间距的两倍，并且

其中，所述第二周期结构的第二排列周期等于或大于所述像素间距的两倍。

12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述第一周期结构和所述第二周期结构构成光栅图案，所述光栅图案被配置为从入射光产生多个衍射光。

13.根据权利要求11所述的图像传感器，

其中，所述第一周期结构和所述第二周期结构中的每一个包括所述微透镜中的第一微透镜和第二微透镜，并且

其中，所述第一微透镜和所述第二微透镜在尺寸、曲率、材料和形状中的至少一者上彼此不同。

14.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述第二排列周期实质上等于所述第一排列周期。

15.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述第二排列周期不同于所述第一排列周期。

16.一种图像传感器，包括：

电路芯片；以及

图像传感器芯片，其堆叠在所述电路芯片上，

其中，所述图像传感器芯片包括：

第一衬底，所述第一衬底包括位于其中的光电转换区，并且具有彼此相对的第一表面和第二表面；

隔离图案，其设置在所述第一衬底中以限定像素区，所述光电转换区分别设置在所述像素区中；

绝缘层，其覆盖所述第一表面；

滤色器，其在所述绝缘层上；

围栏图案，其划分所述滤色器；

保护层，其位于所述围栏图案和所述滤色器之间；

微透镜，其分别设置在所述滤色器上；

透镜涂层，其在所述微透镜上；

器件隔离图案，其与所述第二表面相邻地设置以限定有源区；

掩埋栅极图案，其在所述第二表面上；以及

第一互连层，其在所述掩埋栅极图案上，

其中，所述电路芯片包括：

第二衬底，在所述第二衬底上设置有集成电路；以及

第二互连层，其在所述第二衬底上，

其中，所述第一互连层和所述第二互连层彼此面对并且彼此电连接，

其中，由所述微透镜限定在第一方向上重复排列的第一周期结构，并且

其中，所述第一周期结构的第一排列周期等于或大于所述像素区的像素间距的两倍。

17.根据权利要求16所述的图像传感器，

其中，由所述微透镜限定在与所述第一方向相交的第二方向上重复排列的第二周期结构，并且

其中，所述第二周期结构的第二排列周期等于或大于所述像素间距的两倍。

18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述第一周期结构和所述第二周期结构构成光栅图案，所述光栅图案被配置为从入射光生成多个衍射光。

19.根据权利要求16所述的图像传感器，

其中，所述第一周期结构中的每一个包括所述微透镜中的在第一方向上彼此相邻的第一微透镜和第二微透镜，

其中，所述第一微透镜的第一直径与所述第二微透镜的第二直径不同，并且

其中，所述第一微透镜的第一高度不同于所述第二微透镜的第二高度。

20.根据权利要求16所述的图像传感器，

其中，所述第一周期结构中的每一个包括所述微透镜中的在所述第一方向上彼此相邻的第一微透镜和第二微透镜，

其中，所述第一微透镜的第一曲率半径不同于所述第二微透镜的第二曲率半径，并且

其中，所述第一微透镜的第一高度不同于所述第二微透镜的第二高度。