CN118156278A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

图像传感器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN118156278A
CN118156278A CN202311631198.9A CN202311631198A CN118156278A CN 118156278 A CN118156278 A CN 118156278A CN 202311631198 A CN202311631198 A CN 202311631198A CN 118156278 A CN118156278 A CN 118156278A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
disposed
photodiode
image sensor
transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202311631198.9A
Other languages
English (en)
Inventor
林政昱
陈暎究
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung Electronics Co Ltd
Original Assignee
Samsung Electronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung Electronics Co Ltd filed Critical Samsung Electronics Co Ltd
Publication of CN118156278A publication Critical patent/CN118156278A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14634—Assemblies, i.e. Hybrid structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H01L27/14614—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor having a special gate structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14641—Electronic components shared by two or more pixel-elements, e.g. one amplifier shared by two pixel elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/1469—Assemblies, i.e. hybrid integration
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

提供了图像传感器及其制造方法。所述图像传感器包括：像素阵列，包括多个像素，其中，每个像素包括第一光电二极管、第二光电二极管、第一传输栅极、第二传输栅极和多个有源区域；以及逻辑电路，被配置为控制像素。多个有源区域包括第一有源区域、第二有源区域和第三有源区域。第一有源区域与第一传输栅极相邻地设置。第二有源区域与第二传输栅极相邻地设置。第三有源区域电连接到第二有源区域。第一有源区域和第二有源区域设置在包括第一光电二极管和第二光电二极管的主基板上。第三有源区域设置在附着到主基板的子基板上。

Description

图像传感器及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年12月6日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0168869的优先权，该韩国专利申请的公开内容通过引用整体地并入本文。
技术领域
本发明构思涉及图像传感器及其制造方法。
背景技术
通常，图像传感器是用于接收光并且生成电信号的基于半导体的传感器，并且可以包括具有多个像素的像素阵列和用于驱动像素阵列并且生成图像的逻辑电路。每个像素可以包括光电二极管以及用于将从光电二极管生成的电荷转换成电信号的像素电路。为了提高这样的图像传感器的性能，多个像素中的每个像素包括多个光电二极管的结构一直在开发中。当多个像素中的每个像素包括多个光电二极管时，阻挡光电二极管之间的电荷转移变成所希望的。
发明内容
根据本发明构思的示例实施例，一种图像传感器包括：像素阵列，在所述像素阵列中布置了多个像素，其中，所述多个像素中的每个像素包括第一光电二极管、第二光电二极管、第一传输栅极、第二传输栅极和多个有源区域；以及逻辑电路，所述逻辑电路被配置为控制所述多个像素，其中，所述第一光电二极管的光接收面积大于所述第二光电二极管的光接收面积，所述多个有源区域包括第一有源区域、第二有源区域和第三有源区域，其中，所述第一有源区域与所述第一传输栅极相邻地设置，其中，所述第二有源区域与所述第二传输栅极相邻地设置，其中，所述第三有源区域通过布线图案电连接到所述第二有源区域，并且所述第一有源区域和所述第二有源区域设置在主基板上，所述主基板包括所述第一光电二极管和所述第二光电二极管，并且所述第三有源区域设置在附着到所述主基板的子基板上。
根据本发明构思的示例实施例，一种图像传感器包括：主基板，所述主基板包括多个像素区域和多个光电二极管，其中，所述多个像素区域通过像素分隔膜彼此分隔开，并且所述多个光电二极管设置在所述多个像素区域中；子基板，所述子基板设置在所述主基板的第一表面上；以及光学区域，所述光学区域设置在所述主基板的第二表面上并且包括多个滤色器和多个微透镜，其中，所述多个像素区域中的每个像素区域中包括的多个晶体管当中的一些晶体管设置在所述主基板上，并且所述多个晶体管当中的其他晶体管设置在所述子基板上，并且所述一些晶体管和所述其他晶体管在与所述主基板的所述第一表面基本上垂直的方向上彼此不交叠。
根据本发明构思的示例实施例，一种图像传感器的制造方法包括：在主基板上形成像素分隔膜，所述像素分隔膜被配置为将多个像素区域彼此分隔开；在所述主基板上形成多个光电二极管；将子基板附着到所述主基板；去除所述子基板的部分区域；在所述主基板和所述子基板上形成多个半导体元件；以及在所述主基板上形成多个滤色器和多个微透镜。
附图说明
通过参考附图详细地描述本发明构思的示例实施例，本发明构思的以上和其他方面将变得更清楚，在附图中：
图1是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器的框图；
图2是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的多个像素中的每个像素的像素电路的图；
图3是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图；
图4是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图；
图5是示出了沿着图4的线I-I'截取的截面的截面图；
图6是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图；
图7是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图；
图8是示出了沿着图7的线II-II'截取的截面的截面图；
图9是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图；
图10是示出了沿着图9的线III-III'截取的截面的截面图；
图11和图12是简单地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图；
图13是示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器的制造方法的流程图；
图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21、图22和图23是示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器的制造方法的中间步骤；
图24是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明构思的示例实施例。
图1是示意性地示出了根据本公开的示例实施例的图像传感器的框图。
参考图1，图像传感器10可以包括像素阵列20和外围电路30。
像素阵列20可以包括以沿着多个行和多个列形成的阵列布置的多个像素。多个像素中的每个像素可以包括用于响应于光来生成电荷的至少一个光电转换元件以及用于生成与从光电转换元件生成的电荷相对应的电压信号的像素电路。光电转换元件可以包括由半导体材料形成的光电二极管和/或由有机材料形成的有机光电二极管。
例如，像素电路可以包括浮置扩散区域、传输晶体管、复位晶体管、开关晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管。像素的配置可以根据本发明构思的示例实施例而变化。例如，每个像素可以包括包含有机材料的有机光电二极管，或者可以被实现为数字像素。当像素被实现为数字像素时，每个像素可以包括用于输出数字像素信号的模数转换器。
外围电路30可以包括用于控制像素阵列20的电路。例如，外围电路30可以包括行驱动器31、模数转换器(ADC)电路32、数据输出电路33和控制逻辑34。行驱动器31可以以行线为单位驱动像素阵列20。例如，行驱动器31可以生成用于控制像素电路的传输晶体管的传输控制信号、用于控制复位晶体管的复位控制信号、用于控制选择晶体管的选择控制信号和用于控制开关晶体管的开关控制信号，并且可以以行线为单位将所生成的信号输入到像素阵列20中。
ADC电路32包括多个相关双采样器和多个计数器，并且相关双采样器可以通过像素和列线连接。相关双采样器可以通过列线从连接到由行驱动器31的行线选择信号选择的行线的像素读取电压信号。ADC电路33中包括的计数器可以将相关双采样器的输出转换成数字像素信号。例如，能够暂时存储数字像素信号的锁存器或缓冲电路和放大电路可以连接到模数转换器的输出端子。控制逻辑34可以包括用于控制行驱动器31、ADC电路32和数据输出电路33的操作定时的定时控制器。
像素PX当中的在水平方向上设置在同一位置处的像素PX可以共享同一列线。例如，在垂直方向上设置在同一位置处的像素PX由行驱动器31同时地选择并且可以通过列线输出像素信号。在本发明构思的示例实施例中，ADC电路32中包括的多个相关双采样器可以通过列线从由行驱动器31选择的像素同时地接收电压信号。例如，多个相关双采样器可以从像素顺序地接收复位电压和像素电压，并且像素电压可以是在复位电压中反映从每个像素的光电二极管生成的电荷的电压。
图2是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的多个像素中的每个像素的像素电路的图。
参考图2，根据本发明构思的示例实施例的多个像素中的每个像素可以包括第一光电二极管PD1、第二光电二极管PD2、第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、多个开关晶体管SW1和SW2、复位晶体管RX、源极跟随器晶体管SF以及选择晶体管SEL。第一光电二极管PD1可以通过第一传输晶体管TX1连接到第一浮置扩散区域FD1，并且第二光电二极管PD2可以通过第二传输晶体管TX2连接到第二浮置扩散区域FD2。
复位晶体管RX和源极跟随器晶体管SF均可以连接到供应电源电压VDD的电源节点。源极跟随器晶体管SF的栅极可以连接到第一浮置扩散区域FD1，并且选择晶体管SEL可以连接到源极跟随器晶体管SF和列线COL并且位于源极跟随器晶体管SF与列线COL之间。
第一开关晶体管SW1可以连接到复位晶体管RX和第一浮置扩散区域FD1并且位于复位晶体管RX与第一浮置扩散区域FD1之间，并且第一开关晶体管SW1与复位晶体管RX之间的节点可以是第三浮置扩散区域FD3。第二开关晶体管SW2可以连接到第二浮置扩散区域FD2和第三浮置扩散区域FD3并且位于第二浮置扩散区域FD2与第三浮置扩散区域FD3之间。电容器元件CP可以连接到第二浮置扩散区域FD2和电源节点并且位于第二浮置扩散区域FD2与电源节点之间。
当图像传感器的操作开始时，逻辑电路可以通过导通第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、复位晶体管RX以及开关晶体管SW1和SW2来使浮置扩散区域FD1至FD3的电压复位。例如，可以将浮置扩散区域FD1至FD3的电压复位为电源电压VDD。逻辑电路可以导通选择晶体管SEL，以将复位的浮置扩散区域FD1至FD3的电压检测为复位电压。在复位操作期间，可以去除第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2的电荷。
当浮置扩散区域FD1至FD3的电压被复位时，逻辑电路可以使第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2和复位晶体管RX关断。在当第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2和复位晶体管RX关断时的曝光时间期间，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2可以暴露于光以生成电荷。
在曝光时间期间，必要时可以确定使开关晶体管SW1和SW2导通/关断的操作。例如，当开关晶体管SW1和SW2在曝光时间期间导通时，浮置扩散区域FD1至FD3彼此电连接，因此，这可以降低图像传感器的转换增益。另外，当开关晶体管SW1和SW2在曝光时间期间关断时，浮置扩散区域FD1至FD3可以彼此隔离或断开，因此，这可以提高图像传感器的转换增益。
例如，图像传感器的逻辑电路可以在开关晶体管SW1和SW2在一个帧时段期间在多个像素中的每个像素中被关断的高转换增益条件下获得第一像素信号，并且然后可以在开关晶体管SW1和SW2被导通的低转换增益条件下获得第二像素信号。逻辑电路可以使用从高转换增益条件和低转换增益条件中的每一者获得的像素信号来生成具有高动态范围的图像。
根据本发明构思的示例实施例，逻辑电路可以从第一光电二极管PD1获得第一像素信号和第二像素信号，并且可以从第二光电二极管PD2获得第一像素信号和第二像素信号。因此，期望的是，有效地使从第一光电二极管PD1生成的电荷和从第二光电二极管PD2生成的电荷彼此隔离，使得电荷彼此不组合。
例如，在多个像素中的每个像素中，可以在第一光电二极管PD1与第二光电二极管PD2之间形成内部分隔膜，以防止电荷在第一光电二极管PD1与第二光电二极管PD2之间转移。然而，根据多个像素中的每个像素的布局，设置在第二光电二极管PD2上的有源区域可能通过布线图案连接到设置在第一光电二极管PD1上的另一有源区域，并且可以提供第二浮置扩散区域FD2。在这种情况下，从第一光电二极管PD1生成的电荷可能沿着布线图案流入第二光电二极管PD2中。另外，从第二光电二极管PD2生成的电荷可能沿着布线图案流入第一光电二极管PD1中。
取决于多个像素中的每个像素的布局，设置在第二光电二极管PD2上的有源区域可能不通过布线图案直接连接到设置在第一光电二极管PD1上的另一有源区域。然而，即使在这种情况下，从第一光电二极管PD1生成的电荷可能通过开关晶体管SW1和SW2的漏电流流入第二浮置扩散区域FD2和/或第三浮置扩散区域FD3中。
在本发明构思的示例实施例中，可以在不同于主基板的子基板上形成像素电路中包括的多个晶体管当中的一些晶体管，例如，开关晶体管SW1和SW2。子基板可以是附着到主基板的其上设置有第一传输晶体管TX1和第二传输晶体管TX2的第一表面上的基板，并且可以是绝缘体上硅(SOI)基板。因此，子基板可以包括设置在主基板与其中形成有开关晶体管SW1和SW2的区域之间的绝缘层，并且可以阻挡电荷通过开关晶体管SW1和SW2中的至少一者在第一光电二极管PD1与第二光电二极管PD2之间转移。
图3是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图。
图3可以是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中的像素40的布局的图。参考图3，像素40可以通过在主基板41上形成的像素分隔膜43与其他外围像素分隔开。另外，像素40可以包括通过内部分隔膜45彼此分隔开的第一区域和第二区域。第一区域的面积可以大于第二区域的面积。可以在第一区域中形成第一光电二极管，并且可以在第二区域中形成第二光电二极管。因此，第一光电二极管的光接收面积可以大于第二光电二极管的光接收面积。
像素40可以包括与第一光电二极管和第二光电二极管连接的多个晶体管。例如，像素40可以包括第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、源极跟随器晶体管SF、选择晶体管SEL、复位晶体管RX、第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2。像素40包括多个有源区域，并且多个有源区域可以耦接到多个栅极并且可以提供多个晶体管。多个有源区域中的至少一个有源区域可以提供接收电源电压的电源区域(PWR)44。
如图3所示，多个晶体管可以设置在多个元件区域51至56中。元件分隔膜可以由绝缘材料形成并且可以设置在多个元件区域51至56之间。在图3所示的示例实施例中，第一开关晶体管SW1和复位晶体管RX设置在第五元件区域55中并且可以共享有源区域之一。然而，这是示例实施例，并且可以根据像素40的布局不同地改变其中设置多个晶体管的多个元件区域51至56的形状和位置。
参考图3，子基板47附着到主基板41，并且多个晶体管当中的一些晶体管可以形成在子基板47上。在图3所示的示例实施例中，选择晶体管SEL、复位晶体管RX、第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2可以形成在子基板47上。
例如，参考图3描述的像素40的像素电路可以与参考图2描述的像素电路相同。因此，第二浮置扩散区域可以形成在其中设置有第二传输晶体管TX2的第二元件区域52中。如图2所示，第二浮置扩散区域可以连接到第二开关晶体管SW2的有源区域之一，并且在具有如图3所示的布局的像素40中，设置在第四元件区域54中的一个有源区域可以通过布线图案连接到第二元件区域52的有源区域。例如，第二浮置扩散区域可以直接连接到第二开关晶体管SW2的有源区域之一，并且设置在第四元件区域54中的有源区域之一可以直接连接到第二元件区域52的有源区域。
假定第四元件区域54存在于主基板41上，在第四元件区域54下方形成的第一光电二极管的电荷可以通过布线图案以及第四元件区域54的有源区域之一流入第二元件区域52的有源区域中。因为第二光电二极管设置在第二元件区域52下方，所以第一光电二极管的电荷可能转移到第二光电二极管，从而导致信噪比降低。
在本发明构思的示例实施例中，第四元件区域54可以形成在附着到主基板41的子基板47上。子基板47可以是SOI基板。从第一光电二极管生成的电荷转移到第二光电二极管的路径可以被包括在子基板47中并且与主基板41相邻地设置的绝缘层阻挡。因此，可以改善图像传感器的信噪比。
图4是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图，并且图5是示出了沿着图4的线I-I'截取的截面的截面图。
参考图4和图5，根据本发明构思的示例实施例的图像传感器的像素100可以通过形成在主基板101上并且限定多个像素区域的像素分隔膜103与其他外围像素分隔开。像素100可以包括通过内部分隔膜105彼此分隔开的第一区域和第二区域。第一光电二极管可以形成在第一区域中，而第二光电二极管可以形成在第二区域中。第一光电二极管的光接收面积可以大于第二光电二极管的光接收面积。
像素100可以包括多个有源区域110和120以及多个栅极115。多个栅极115中的每一者可以连同多个有源区域110和120中的至少一者一起提供多个晶体管。多个晶体管可以包括第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、源极跟随器晶体管SF、选择晶体管SEL、复位晶体管RX、第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2。
子基板107可以附着到主基板101的第一表面S1。子基板107可以是例如SOI基板，并且在这种情况下，子基板107中包括的绝缘层可以设置在形成在子基板107上的晶体管与主基板101的第一表面S1之间。参考图4和图5，多个晶体管当中的一些晶体管可以设置在主基板101上，而其他晶体管可以设置在子基板107上。子基板107的至少部分区域可以被设置为与内部分隔膜105交叠。
设置在主基板101上的一些晶体管和设置在子基板107上的其他晶体管可以不在与主基板101的第一表面S1基本上垂直的方向(例如，Z轴方向)上彼此交叠。换言之，设置在主基板101上的一些晶体管和设置在子基板107上的其他晶体管可以在第一方向(例如，X轴方向)和第二方向(例如，Y轴方向)上设置在彼此不同的位置处，使得它们在与主基板101的第一表面S1基本上垂直的方向(例如，Z轴方向)上彼此不交叠。在图4和图5所示的示例实施例中，第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2和源极跟随器晶体管SF可以设置在主基板101上。另外，第一开关晶体管SW1、第二开关晶体管SW2、复位晶体管RX和选择晶体管SEL可以设置在子基板107上。
在多个有源区域110和120当中，在主基板101中形成的主有源区域110可以提供第一浮置扩散区域FD1、第二浮置扩散区域FD2和源极跟随器晶体管SF的有源区域。另外，在子基板107上形成的子有源区域120可以提供第一开关晶体管SW1、第二开关晶体管SW2、复位晶体管RX和选择晶体管SEL的有源区域。
第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2可以连同第一浮置扩散区域FD1和第二浮置扩散区域FD2一起形成在主基板101上。第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2可以具有其至少一部分被嵌入在主基板101中的结构。第一传输栅极TG1可以包括传输栅极绝缘层111和传输栅电极层112，并且第二传输栅极TG2可以包括传输栅极绝缘层113和传输栅电极层114。
包括接触131和布线132的多个布线图案130可以连接到多个有源区域110和120以及多个栅极115。多个布线图案130可以被设置在主基板101上的层间绝缘层140覆盖。例如，层间绝缘层140可以设置在主基板101的第一表面S1上。例如，可以在层间绝缘层140中形成至少一个电容器元件，并且电容器元件可以通过多个布线图案130连接到第二浮置扩散区域FD2。
另外，可以在主基板101的第二表面S2上设置光学区域。光学区域可以包括水平绝缘层150、滤色器层160和微透镜170。水平绝缘层150包括第一水平绝缘层151和第二水平绝缘层152。例如，第一水平绝缘层151可以与主基板101接触并且可以由介电常数高于第二水平绝缘层152的介电常数的材料形成。第一水平绝缘层151的厚度可以小于第二水平绝缘层152的厚度，并且主基板101的缺陷的一部分可以由第一水平绝缘层151固化。
滤色器层160可以包括滤色器161、滤色器分隔膜162和平坦化层163。滤色器分隔膜162设置在像素分隔膜103上，并且滤色器161可以隔着滤色器分隔膜162沿着多个像素区域布置。例如，滤色器分隔膜162可以设置在像素分隔膜103上方。平坦化层163可以设置在滤色器161上，并且微透镜170可以设置在平坦化层163上。
微透镜170可以折射从外部入射的光并且可以使折射光前进到滤色器161，并且特定波长带的光可以通过滤色器161选择性地入射在第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2上。微透镜170可以包括设置在第一光电二极管PD1上方的第一微透镜171和设置在第二光电二极管PD2上方的第二微透镜172。然而，根据本发明构思的示例实施例，一个微透镜可以设置在平坦化层163上以覆盖第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2。
参考图4和图5，多个有源区域110和120可以包括第一有源区域和第二有源区域。第一有源区域可以与第一传输栅极TG1相邻地设置并且可以被配置为提供第一浮置扩散区域FD1，而第二有源区域可以与第二传输栅极TG2相邻地设置并且可以被配置为提供第二浮置扩散区域FD2。第二有源区域可以通过多个布线图案130中的至少一个布线图案130电连接到作为在子基板107上形成的有源区域120之一的第三有源区域。
第三有源区域可以设置在第一光电二极管PD1上。因此，当第三有源区域形成在主基板101上而不是形成在子基板107上时，从第一光电二极管PD1生成的电荷可能流入第二光电二极管PD2以及被配置为通过第三有源区域和布线图案130提供第二浮置扩散区域FD2的第二有源区域中。在读取与从第二光电二极管PD2生成的电荷相对应的像素信号的读出操作中，从第一光电二极管PD1生成的电荷可能作为噪声分量被反映在像素信号中，由此降低了信噪比。
在本发明构思的示例实施例中，因为通过布线图案130彼此直接连接的第二有源区域和第三有源区域形成在子基板107上，所以可以防止从第一光电二极管PD1生成的电荷流入第二光电二极管PD2和第二浮置扩散区域FD2中。子基板107可以是包括第一半导体层SL1、绝缘层IL和第二半导体层SL2的SOI基板。因此，通过子基板107的绝缘层IL，从第一光电二极管PD1生成的电荷可能不流入子基板107的第三有源区域中。可以阻挡第一光电二极管PD1与第二光电二极管PD2之间的电荷转移路径，并且在读取与第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2中的每一者的电荷相对应的像素信号的读出操作中，可以使从其他光电二极管生成的电荷的影响最小化，由此改善了图像传感器的信噪比。
另外，在图4和图5所示的示例实施例中，源极跟随器晶体管SF可以形成在主基板101上。当源极跟随器晶体管SF形成在子基板107上时，被配置为将第一浮置扩散区域FD1和源极跟随器晶体管SF的栅极彼此连接的布线图案130的长度增加。随着被配置为将第一浮置扩散区域FD1和源极跟随器晶体管SF的栅极彼此连接的布线图案的长度的增加，可以向第一浮置扩散区域FD1增加布线图案的电容，由此增加了图像传感器100的电容并且降低了图像传感器100的转换增益。因此，如图4和图5所示，可以通过在主基板101上形成源极跟随器晶体管SF来防止图像传感器100的转换增益的降低。
图6是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图。
图6可以是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中的像素60的布局的图。参考图6，像素60可以形成在主基板61上并且通过限定多个像素区域的像素分隔膜63与其他外围像素分隔开。另外，像素60可以包括通过内部分隔膜65彼此分隔开的第一区域和第二区域。可以在第一区域中形成第一光电二极管，并且可以在第二区域中形成第二光电二极管。
像素60可以包括与第一光电二极管和第二光电二极管连接并且被配置为提供像素电路的多个晶体管。例如，多个晶体管可以包括第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、源极跟随器晶体管SF、选择晶体管SEL、复位晶体管RX、第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2。多个晶体管可以设置在多个元件区域71至76中，并且可以在多个元件区域71至76之间形成元件分隔膜。另外，可以在像素60中设置用于供应电源电压的至少一个或更多个电源区域62和64。
参考图6，子基板67附着到主基板61上，并且可以在子基板67上形成多个晶体管当中的一些晶体管。在图6所示的示例实施例中，选择晶体管SEL、复位晶体管RX和第一开关晶体管SW1可以形成在子基板67上，并且子基板67可以不与内部分隔膜65交叠。例如，子基板67可以与内部分隔膜65相邻地形成。
图7是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图，并且图8是示出了沿着图7的线II-II′截取的截面的截面图。
参考图7和图8，根据本发明构思的示例实施例的图像传感器的像素200可以通过在主基板201中形成的像素分隔膜203与其他外围像素分隔开。多个像素区域由像素分隔膜203限定，并且第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2可以通过设置在像素200中的内部分隔膜205彼此分隔开。像素分隔膜203和内部分隔膜205可以被形成到穿透主基板201的深度。例如，像素分隔膜203和内部分隔膜205可以完全穿透主基板201。
像素200可以包括多个有源区域210和220以及多个栅极215，并且多个栅极215可以连同多个有源区域210和220一起提供多个晶体管。多个晶体管可以包括第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、源极跟随器晶体管SF、选择晶体管SEL、复位晶体管RX、第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2。
子基板207可以附着到主基板201的第一表面S1。子基板207可以是SOI基板。参考图7和图8，第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、源极跟随器晶体管SF和第二开关晶体管SW2可以形成在主基板201上。另外，第一开关晶体管SW1、复位晶体管RX和选择晶体管SEL可以形成在子基板207上。因为子基板207是SOI基板，所以可以在第一开关晶体管SW1、复位晶体管RX和选择晶体管SEL与主基板201之间设置绝缘层。
在主基板201上形成的主有源区域210可以提供第一浮置扩散区域FD1、第二浮置扩散区域FD2、源极跟随器晶体管SF和第二开关晶体管SW2的有源区域。另外，在子基板207上形成的子有源区域220可以提供第一开关晶体管SW1、复位晶体管RX和选择晶体管SEL的有源区域。
第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2可以连同第一浮置扩散区域FD1和第二浮置扩散区域FD2一起形成在主基板201上。第一传输栅极TG1和第二传输栅极TG2可以各自具有穿透主基板201的结构。如图5所示，第一传输栅极TG1可以包括传输栅极绝缘层211和传输栅电极层212，并且第二传输栅极TG2可以具有与第一传输栅极TG1的结构类似的结构。
包括接触231和布线232的多个布线图案230可以连接到多个有源区域210和220以及多个栅极215。多个布线图案230可以设置在位于第一表面S1上的层间绝缘层240中。另外，包括水平绝缘层250、滤色器层260和微透镜270的光学区域可以设置在主基板201的第二表面S2上。光学区域的结构可以与上面参考图5描述的光学区域的结构类似，因此，可以省略或简要地讨论此描述。
参考图7和图8，第一浮置扩散区域FD1可以由第一有源区域提供，并且第二浮置扩散区域FD2可以包括第二有源区域。第一浮置扩散区域FD1可以与第一光电二极管PD1交叠，并且第二浮置扩散区域FD2可以与第二光电二极管PD2交叠。另外，第二浮置扩散区域FD2可以电连接到第二开关晶体管SW2的有源区域之一。第二开关晶体管SW2的有源区域中的另一有缘区域可以通过多个布线图案230之一电连接到作为子有源区域220之一的第三有源区域。在图7和图8所示的示例实施例中，第三有源区域可以是由第一开关晶体管SW1和复位晶体管RX共享的有源区域。
在本发明构思的示例实施例中，第一开关晶体管SW1和复位晶体管RX可以形成在子基板207上，由此阻挡电荷在第一光电二极管PD1与第二光电二极管PD2之间的意外的转移。例如，当第一开关晶体管SW1和复位晶体管RX1形成在主基板201上时，从第一光电二极管PD1生成的电荷可能通过第三有源区域、布线图案230和第二开关晶体管SW2的有源区域流入第二光电二极管PD2中。
另外，在本发明构思的示例实施例中，因为第一开关晶体管SW1和复位晶体管RX1形成在子基板207上，所以从第一光电二极管PD1生成的电荷转移到第三有源区域所通过的路径可以被子基板207的绝缘层阻挡。通过阻挡第一光电二极管PD1的电荷可能转移到第二光电二极管PD2所通过的路径，可以改进图像传感器的信噪比。
图9是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图。另外，图10是示出了沿着图9的线III-III'截取的截面的截面图。
根据图9和图10所示的示例实施例的图像传感器的像素200A可以具有与根据参考图7和图8描述的示例实施例的像素200的结构类似的结构。然而，在图9和图10所示的示例实施例中，与图7和图8所示的示例实施例相比，子基板207A可以具有相对大的面积。参考图9和图10，除了选择晶体管SEL、第一开关晶体管SW1和复位晶体管RX之外，第二开关晶体管SW2也可以形成在子基板207A上。因此，子基板207A的部分区域可以被设置为与内部分隔膜205交叠。
根据与参考图7和图8描述的那些原理类似的原理，可以在像素200A中阻挡第一光电二极管PD1与第二光电二极管PD2之间的电荷转移。例如，从第一光电二极管PD1生成的电荷转移到提供第一开关晶体管SW1和复位晶体管RX的有源区域之一所通过的路径可以被子基板207A的绝缘层阻挡。另外，从第二光电二极管PD2生成的电荷转移到第二开关晶体管SW2的有源区域之一所通过的路径也可以被子基板207A的绝缘层阻挡。因此，可以改善与第一光电二极管PD1的电荷相对应的第一像素信号和与第二光电二极管PD2的电荷相对应的第二像素信号的信噪比。
图11和图12是简单地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图。
在图11和图12所示的每个示例实施例中，图像传感器的像素300和300A的布局可以不同于根据上面描述的其他示例实施例的像素100、200和200A的布局。例如，参考图11和图12，在像素300和300A中，子基板307可以在第一方向(例如，X轴方向)上与源极跟随器晶体管SF和第一浮置扩散区域FD1相邻地设置，并且子基板307在第一方向(例如，X轴方向)上的长度可以比其在第二方向(例如，Y轴方向)上的长度短。另外，源极跟随器晶体管SF和第一浮置扩散区域FD1可以在第二方向上彼此相邻地设置。
参考图11，像素300可以通过在主基板201上形成的像素分隔膜303与其他外围像素分隔开，并且第一光电二极管和第二光电二极管可以通过设置在像素300中的内部分隔膜305彼此分隔开。像素300可以包括由多个有源区域310和320以及多个栅极315提供的多个晶体管。在多个晶体管当中，第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、源极跟随器晶体管SF和第二开关晶体管SW2可以形成在主基板301上，并且选择晶体管SEL、复位晶体管RX和第一开关晶体管SW1可以形成在子基板307上。多个晶体管可以通过包括接触331和接线332的多个布线图案330彼此连接，并且可以提供像素电路。
参考图12，与图11所示的实施例的情况相比，子基板307A可以在第二方向上具有较长的长度。因此，除了选择晶体管SEL、复位晶体管RX和第一开关晶体管SW1之外，子基板307A的部分区域还可以与内部分隔膜305交叠，并且第二开关晶体管SW2可以形成在子基板307A上。
在图11和图12所示的每个实施例中，通过内部分隔膜305彼此分隔开的第一光电二极管和第二光电二极管之间的电荷转移可以被子基板307和307A阻挡。如图11和图12所示，第二开关晶体管SW2中包括的有源区域之一可以通过布线图案330电连接到由第一开关晶体管SW1和复位晶体管RX共享的有源区域。
因此，当由第一开关晶体管SW1和复位晶体管RX共享的有源区域以及第二开关晶体管SW2的有源区域都形成在主基板301上时，可能形成从第一光电二极管生成的电荷转移到第二光电二极管所通过的路径。在图11所示的示例实施例中，第一开关晶体管SW1和复位晶体管RX可以形成在作为SOI基板的子基板307上，由此防止从第一光电二极管生成的电荷转移到由第一开关晶体管SW1和复位晶体管RX共享的有源区域。另外，在图12所示的示例实施例中，第一开关晶体管SW1、复位晶体管RX和第二开关晶体管SW2可以形成在子基板307上，由此阻挡从第一光电二极管生成的电荷通过有源区域310和320以及布线图案330转移到第二光电二极管所通过的路径。
图13是示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器的制造方法的流程图。
参考图13，可以通过形成SOI基板(S10)来开始根据本发明构思的示例实施例的图像传感器的制造方法。例如，可以通过使用包括半导体材料的两个半导体基板来制造SOI基板。可以通过在第一半导体基板上形成绝缘层、将第二半导体基板附着到绝缘层上以及然后去除第二半导体基板的一部分来制造SOI基板。
在制造SOI基板的同时，可以在主基板上形成多个光电二极管(S20)。例如，可以在主基板上形成用于形成多个像素区域的像素分隔膜，并且多个光电二极管可以被形成为使得在多个像素区域中的每个像素区域中设置至少一个光电二极管。可以通过离子注入工艺来形成多个光电二极管。根据本发明构思的示例实施例，可以在多个像素区域中的每个像素区域中形成两个或更多个光电二极管。
当像素分隔膜和多个光电二极管形成在主基板上时，可以将子基板附着到主基板(S30)。在操作S30中附着到主基板的子基板可以是在操作S10中制造的SOI基板。子基板附着到主基板的第一表面，并且例如，第一表面可以是其中注入有离子以形成多个光电二极管的表面。当子基板附着到主基板时，可以通过去除子基板的一部分来暴露主基板的第一表面的一部分(S40)。
然后，可以在主基板和子基板上形成像素电路中包括的元件(S50)。例如，提供像素电路的元件可以包括传输晶体管、源极跟随器晶体管、复位晶体管、选择晶体管和开关晶体管。开关晶体管可以连接在浮置扩散区域之间，浮置扩散区域用于存储设置在一个像素区域中的多个光电二极管中的每个光电二极管的电荷。在本发明构思的示例实施例中，可以在子基板上形成至少一个开关晶体管。因此，电荷可能在一个像素区域中包括的光电二极管之间转移所通过的路径可以被子基板中包括的绝缘层阻挡。
当形成了像素电路中包括的所有元件时，可以在主基板的一个表面上形成光学区域(S60)。光学区域包括多个滤色器、多个微透镜和水平绝缘层，并且可以形成在主基板的与子基板附着到的第一表面面对的第二表面上。根据本发明构思的示例实施例，可以在形成光学区域之前首先执行从主基板的第二表面去除主基板的部分区域的工艺。
图14至图23是示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器的制造方法的中间步骤。
首先，参考图14和示出了沿着图14的线IV-IV'截取的截面的图15，可以在主基板401中形成像素分隔膜403和内部分隔膜405。像素分隔膜403可以限定多个像素区域PX1和PX2，并且内部分隔膜405可以设置在多个像素区域PX1和PX2中的每一者内部。像素分隔膜403可以在第一方向(例如，X轴方向)和第二方向(例如，Y轴方向)上延伸并且可以将多个像素区域PX1和PX2彼此区分开。像素分隔膜403和内部分隔膜405可以被形成为具有比主基板401的厚度小的深度。例如，像素分隔膜403和内部分隔膜405可以不完全穿透主基板401。像素分隔膜403和内部分隔膜405可以由绝缘材料形成。
另外，可以在由像素分隔膜403和内部分隔膜405限定的区域中形成光电二极管PD1和PD2。在图14和图15所示的示例实施例中，第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2可以形成在多个像素区域PX1和PX2中的每一者中。第一光电二极管PD1的光接收面积可以大于第二光电二极管PD2的光接收面积。
例如，可以通过相对于包括P型杂质的主基板401穿过第一表面S1注入N型杂质的离子注入工艺来形成第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2中的每一者。例如，可以在像素分隔膜403和内部分隔膜405周围形成掺杂有P型杂质的电荷阻挡区域，使得光电二极管PD1和PD2通过像素分隔膜403和内部分隔膜405更清楚地彼此电隔离。
接下来，参考图16和示出了沿着图16的线IV-IV'截取的截面的图17，可以将子基板407附着到主基板401的第一表面S1。子基板407可以是包括第一半导体层SL1、绝缘层IL和第二半导体层SL2的SOI基板。例如，子基板407可以附着成覆盖主基板401的整个第一表面。
参考图18和图19，可以通过去除子基板407的一部分来暴露主基板401的第一表面S1的一部分。在图18和图19所示的示例实施例中，子基板407可以与设置在多个像素区域PX1和PX2中的每一者中的内部分隔膜405的一部分交叠。在多个像素区域PX1和PX2中的每一者中留下的子基板407的面积和形状可以根据设置在多个像素区域PX1和PX2中的每一者中的元件的布局而变化。
接下来，参考图20和图21，可以在主基板401和子基板407上形成连接到多个像素区域PX1和PX2中的每一者中的第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2并且被配置为提供像素电路的元件。元件包括由多个有源区域410和420以及多个栅极415提供的多个晶体管。多个晶体管可以通过包括接触431和布线432的多个布线图案430彼此连接，并且可以提供像素电路。多个晶体管可以包括第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、源极跟随器晶体管SF、选择晶体管SEL、复位晶体管RX、第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2。另外，可以在主基板401上形成掺杂有杂质的电源区域402和404以提供电源电压。
参考图20和图21，可以在主基板401上形成第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2和源极跟随器晶体管SF，并且可以在子基板407上形成选择晶体管SEL、复位晶体管RX、第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2。如图21所示，被配置为提供第一传输晶体管TX1的第一传输栅极TG1可以包括传输栅极绝缘层411以及具有嵌入在主基板401中的区域的传输栅电极层412。第二传输栅极TG2的结构可以与第一传输栅极TG1的结构类似。
第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2中的至少一者可以形成在子基板407上，由此防止从第一光电二极管PD1和第二光电二极管PD2生成的电荷在曝光时间期间转移到彼此。例如，当第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2都形成在主基板401上时，从第一光电二极管PD1生成的电荷可能通过第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2中的每一者的有源区域转移到第二光电二极管PD2。另一方面，在本发明构思的示例实施例中，电荷转移可以被其上形成有第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2的子基板407的绝缘层IL阻挡。
当形成提供像素电路的多个晶体管时，可以如图22所示那样从第二表面S2去除主基板401的一部分。例如，在参考图20和图21描述的工艺完成之后，可以颠倒主基板401，并且可以然后在第二表面S2被暴露的状态下进行抛光工艺，因此减小主基板401的厚度。例如，主基板401的在完成抛光工艺之后的厚度可以等于像素分隔膜403和内部分隔膜405的深度。因此，如图22所示，像素分隔膜403和内部分隔膜405可以从主基板401的第一表面S1延伸到第二表面S2。
接下来，参考图23，可以在主基板401的第二表面S2上形成光学区域。光学区域可以包括水平绝缘层450、滤色器层460和微透镜470。水平绝缘层450可以包括第一水平绝缘层451和第二水平绝缘层452，并且例如，与主基板401接触的第一水平绝缘层451的介电常数可以高于第二水平绝缘层452的介电常数。第一水平绝缘层451可以由高介电常数材料形成，由此使主基板401的由抛光工艺引起的缺陷的一部分固化。
滤色器层460可以包括滤色器461、滤色器分隔膜462和平坦化层463。滤色器分隔膜462设置在像素分隔膜403上方，并且滤色器461可以隔着滤色器分隔膜462沿着多个像素区域PX1和PX2布置。平坦化层463可以设置在滤色器461上，并且微透镜470可以设置在平坦化层463上。例如，平坦化层463可以设置在滤色器分隔膜462上。微透镜470可以在多个像素区域PX1和PX2中的每一者中包括设置在第一光电二极管PD1上方的第一微透镜471以及设置第二光电二极管PD2上方的第二微透镜472。然而，根据本发明构思的示例实施例，可以在多个像素区域PX1和PX2中的每一者中设置一个微透镜。
图24是示意性地示出了根据本发明构思的示例实施例的图像传感器中包括的像素的图。
参考图24，根据本发明构思的示例实施例的图像传感器500中包括的多个像素中的每个像素可以通过像素分隔膜503彼此分隔开。多个像素中的每个像素可以包括在对角线方向D1上彼此相邻地设置的第一区域A1和第二区域A2。第一光电二极管可以设置在第一区域A1中，并且第二光电二极管可以设置在第二区域A2中。第一区域A1和第二区域A2通过内部分隔膜505彼此分隔开，并且第一光电二极管的光接收面积可以大于第二光电二极管的光接收面积。对角线方向D1可以是与第一方向(例如，X轴方向)和第二方向(例如，Y轴方向)交叉的方向。
多个像素中的每个像素可以包括多个晶体管。多个晶体管可以包括第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2、源极跟随器晶体管SF、选择晶体管SEL、复位晶体管RX、第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2。除了多个晶体管之外，多个像素中的每个像素还可以包括电容器元件。多个像素中的每个像素的像素电路可以与上面参考图2描述的像素电路相同。
多个晶体管可以设置在多个元件区域510至560中。多个元件区域510至560中的每一者可以包括至少一个有源区域和栅极。例如，第一传输栅极和第一浮置扩散区域可以设置在第一元件区域510中，并且第二传输栅极和第二浮置扩散区域可以设置在第二元件区域520中。
在图24所示的示例实施例中，图像传感器500可以包括主基板501和附着到主基板501的一个表面的子基板507。子基板507可以是例如SOI基板。参考图24，多个晶体管当中的一些晶体管可以设置在主基板501上，并且多个晶体管当中的其他晶体管可以设置在子基板507上。
例如，第一元件区域510至第三元件区域530可以设置在主基板501上，而第四元件区域540至第六元件区域560可以设置在子基板507上。因此，第一传输晶体管TX1、第二传输晶体管TX2和源极跟随器晶体管SF可以设置在主基板501上，而选择晶体管SEL、复位晶体管RX、第一开关晶体管SW1和第二开关晶体管SW2可以设置在子基板507上。
设置在第二元件区域520中的第二浮置扩散区域可以通过布线图案连接到第二开关晶体管SW2的有源区域之一。在本发明构思的示例实施例中，第二开关晶体管SW2可以形成在作为SOI基板的子基板507上。因此，可以防止设置在第二开关晶体管SW2下方的第一光电二极管的电荷通过第二开关晶体管SW2的有源区域之一流入第二浮置扩散区域和第二光电二极管中，由此提高了图像传感器500的信噪比。
虽然已经参考本发明构思的实施例描述了本发明构思，但是本领域普通技术人员将理解，在不背离本发明构思的精神和范围的情况下，可以对其做出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：
像素阵列，在所述像素阵列中布置了多个像素，其中，所述多个像素中的每个像素包括第一光电二极管、第二光电二极管、第一传输栅极、第二传输栅极和多个有源区域；以及
逻辑电路，所述逻辑电路被配置为控制所述多个像素，
其中，所述第一光电二极管的光接收面积大于所述第二光电二极管的光接收面积，
所述多个有源区域包括第一有源区域、第二有源区域和第三有源区域，其中，所述第一有源区域与所述第一传输栅极相邻地设置，其中，所述第二有源区域与所述第二传输栅极相邻地设置，其中，所述第三有源区域通过布线图案电连接到所述第二有源区域，并且
所述第一有源区域和所述第二有源区域设置在主基板上，所述主基板包括所述第一光电二极管和所述第二光电二极管，并且所述第三有源区域设置在附着到所述主基板的子基板上。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述子基板是绝缘体上硅基板。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述子基板的厚度小于所述主基板的厚度。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一有源区域提供第一浮置扩散区域，并且所述第二有源区域和所述第三有源区域提供第二浮置扩散区域，并且
所述第三有源区域在与所述主基板的第一表面基本上垂直的方向上设置在所述第一光电二极管上。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每个像素还包括多个开关晶体管和至少一个源极跟随器晶体管，并且
所述至少一个源极跟随器晶体管设置在所述主基板上。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述多个开关晶体管设置在所述子基板上。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每个像素还包括第一微透镜、第二微透镜和内部分隔膜，其中，所述第一微透镜附着到所述主基板的第二表面并且设置在所述第一光电二极管上，其中，所述第二微透镜附着到所述主基板的所述第二表面并且设置在所述第二光电二极管上，其中，所述内部分隔膜设置在所述第一光电二极管与所述第二光电二极管之间。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述内部分隔膜从所述主基板的第一表面延伸到所述主基板的所述第二表面。
9.根据权利要求7所述的图像传感器，其中，所述子基板的至少一部分与所述内部分隔膜交叠。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述多个像素中的每个像素还包括连接到所述第二有源区域的电容器元件。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述像素阵列还包括像素分隔膜和电荷阻挡区域，其中，所述像素分隔膜设置在所述多个像素之间，并且所述电荷阻挡区域设置在所述像素分隔膜周围，并且
所述电荷阻挡区域掺杂有与所述第一光电二极管和所述第二光电二极管的导电型杂质不同的导电型杂质。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在与所述主基板的第一表面基本上垂直的方向上，所述子基板与所述第一光电二极管交叠并且不与所述第二光电二极管交叠。
13.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
主基板，所述主基板包括多个像素区域和多个光电二极管，其中，所述多个像素区域通过像素分隔膜彼此分隔开，并且所述多个光电二极管设置在所述多个像素区域中；
子基板，所述子基板设置在所述主基板的第一表面上；以及
光学区域，所述光学区域设置在所述主基板的第二表面上并且包括多个滤色器和多个微透镜，
其中，所述多个像素区域中的每个像素区域中包括的多个晶体管当中的一些晶体管设置在所述主基板上，并且所述多个晶体管当中的其他晶体管设置在所述子基板上，并且
所述一些晶体管和所述其他晶体管在与所述主基板的所述第一表面基本上垂直的方向上彼此不交叠。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述多个晶体管包括多个传输晶体管、多个开关晶体管和至少一个源极跟随器晶体管，并且
所述多个传输晶体管和所述至少一个源极跟随器晶体管设置在所述主基板上，并且所述多个开关晶体管设置在所述子基板上。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述多个晶体管包括多个传输晶体管、多个开关晶体管和选择晶体管，并且
所述多个传输晶体管设置在所述主基板上，并且所述选择晶体管和所述多个开关晶体管设置在所述子基板上。
16.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，在所述多个像素区域中的每个像素区域中，所述一些晶体管和所述其他晶体管在与所述主基板的所述第一表面平行的平面上设置在彼此不同的位置处。
17.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述多个晶体管包括选择晶体管、复位晶体管、第一开关晶体管和第二开关晶体管，其中，所述选择晶体管连接在至少一个源极跟随器晶体管与列线之间，其中，所述复位晶体管连接到电源节点，其中，所述第一开关晶体管连接在所述源极跟随器晶体管的栅极与所述复位晶体管之间，并且其中，所述第二开关晶体管连接到位于所述复位晶体管与所述第一开关晶体管之间的节点。
18.根据权利要求13所述的图像传感器，其中，所述多个光电二极管包括多个第一光电二极管和多个第二光电二极管，并且
所述多个第一光电二极管中的一个第一光电二极管和所述多个第二光电二极管中的一个第二光电二极管设置在所述多个像素区域中的每个像素区域中。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，所述多个第一光电二极管中的每个第一光电二极管的光接收面积大于所述多个第二光电二极管中的每个第二光电二极管的光接收面积。
20.一种图像传感器的制造方法，所述制造方法包括：
在主基板上形成像素分隔膜，所述像素分隔膜被配置为将多个像素区域彼此分隔开；
在所述主基板上形成多个光电二极管；
将子基板附着到所述主基板；
去除所述子基板的部分区域；
在所述主基板和所述子基板上形成多个半导体元件；以及
在所述主基板上形成多个滤色器和多个微透镜。
CN202311631198.9A 2022-12-06 2023-11-30 图像传感器及其制造方法 Pending CN118156278A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2022-0168869 2022-12-06
KR1020220168869A KR20240084247A (ko) 2022-12-06 2022-12-06 이미지 센서 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN118156278A true CN118156278A (zh) 2024-06-07

Family

ID=91280136

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311631198.9A Pending CN118156278A (zh) 2022-12-06 2023-11-30 图像传感器及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240186359A1 (zh)
KR (1) KR20240084247A (zh)
CN (1) CN118156278A (zh)

Also Published As

Publication number Publication date
US20240186359A1 (en) 2024-06-06
KR20240084247A (ko) 2024-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11088187B2 (en) Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device, and electronic device
US8536670B2 (en) Semiconductor device, manufacturing method therefor, and electronic apparatus
KR101683296B1 (ko) 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자기기
US8508640B2 (en) Solid-state imaging device and method for driving the same
KR101679864B1 (ko) 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자기기
CN110248124B (zh) 图像传感器、包括其的图像检测系统以及操作其的方法
US20170330906A1 (en) Image sensors with symmetrical imaging pixels
KR20180016699A (ko) 이미지 센서
US12087781B2 (en) Image sensor having P-type isolation structure
CN111435667A (zh) 图像传感器
KR20220019895A (ko) 이미지 센서
CN117594615A (zh) 用于图像传感器的像素单元电路系统
US20240186359A1 (en) Image sensor and manufacturing method of the same
US20240114262A1 (en) Image sensor
US20230123890A1 (en) Image sensor
WO2023286330A1 (ja) 光検出装置及び電子機器
US20240006429A1 (en) Image sensor
US20230411418A1 (en) Imaging sensing device and method of manufacturing the same
US20240186357A1 (en) Imaging element and imaging device
CN118693112A (zh) 图像传感器
CN115708215A (zh) 图像传感器
KR20230053478A (ko) 이미지 센서
JP2023064967A (ja) 固体撮像装置
KR20220045831A (ko) 이미지 센서

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication