DE102018116043A1 - Bildsensor - Google Patents

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Abstract

Ein Farbfilter (230) ist auf einem Substrat (101) angeordnet. Eine organische Photodiode (270) ist auf dem Farbfilter (230) angeordnet. Die organische Photodiode (270) weist eine Elektrodenisolierschicht mit einer eingetieften Region (RC) auf dem Substrat (101), eine erste Elektrode (272) auf dem Farbfilter (230), wobei die erste Elektrode (272) die eingetiefte Region (RC) der Elektrodenisolierschicht füllt, eine zweite Elektrode (276) auf der ersten Elektrode (272) und eine zwischen der ersten Elektrode (272) und der zweiten Elektrode (276) angeordnete organische photoelektrische Umwandlungsschicht auf. Die erste Elektrode (272) weist eine Fuge (GB) auf, die sich in einem ersten Winkel von einer Seitenfläche der eingetieften Region (RC) der Elektrodenisolierschicht aus erstreckt.

Description

  • GEBIET DER TECHNIK
  • Die vorliegende erfinderische Idee betrifft einen Bildsensor und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
  • ERÖRTERUNG DES STANDES DER TECHNIK
  • Bildsensoren, die optische Bilder erfassen und diese in elektrische Signale umwandeln, werden in großem Umfang in Kameras verwendet, die in Autos, Sicherheitsanlagen und Robotern ebenso wie in allgemeinen Verbraucherelektronikgeräten wie digitalen Kameras, Mobiltelefonkameras und tragbaren Camcordern installiert werden. Solche Bildsensoren müssen verkleinert werden und eine hohe Auflösung haben, und demgemäß werden verschiedene Forschungen durchgeführt, um diese Bedürfnisse zu erfüllen.
  • KURZFASSUNG
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee wird ein Bildsensor angegeben wie folgt. Ein Farbfilter ist auf einem Substrat angeordnet. Eine organische Photodiode ist auf dem Farbfilter angeordnet. Die organische Photodiode weist eine Elektrodenisolierschicht mit einer eingetieften Region auf dem Substrat, eine erste Elektrode auf dem Farbfilter, wobei die erste Elektrode die eingetiefte Region der Elektrodenisolierschicht füllt, eine zweite Elektrode auf der ersten Elektrode und eine zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnete organische photoelektrische Umwandlungsschicht auf. Die erste Elektrode weist eine Fuge auf, die sich in einem ersten Winkel von einer Seitenfläche der eingetieften Region der Elektrodenisolierschicht aus erstreckt.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee wird ein Bildsensor angegeben wie folgt. Eine erste Elektrode ist auf einem Substrat angeordnet. Eine Elektrodenisolierschicht umgibt eine Seitenfläche der ersten Elektrode. Eine zweite Elektrode ist auf der ersten Elektrode angeordnet. Eine organische photoelektrische Umwandlungsschicht ist zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet. Die erste Elektrode weist eine erste Region, eine zweite Region und eine Fuge auf, wobei die Fuge die erste Elektrode in die erste Region und die zweite Region teilt. Die erste Region und die zweite Region sind diskontinuierlich über der Fuge. Die erste Region weist eine zur organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht hin abnehmende Breite auf, und die zweite Region weist eine zur organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht hin zunehmende Breite auf.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors angegeben wie folgt. Ein Farbfilter wird auf einem Substrat ausgebildet. Eine Bedeckungsisolierschicht wird auf dem Farbfilter ausgebildet. Eine Elektrodenisolierschicht mit einer eingetieften Region wird auf der Bedeckungsisolierschicht ausgebildet. Die eingetiefte Region weist eine erste Seitenfläche auf, die mit einem ersten Winkel (θR) in Bezug auf eine untere Oberfläche der eingetieften Region geneigt ist. Eine erste vorläufige Elektrode mit einer Fuge wird in der eingetieften Region der Elektrodenisolierschicht ausgebildet. Die Fuge erstreckt sich in der eingetieften Region in einem zweiten Winkel (θGB) in Bezug auf die untere Oberfläche der eingetieften Region. Die erste vorläufige Elektrode wird planarisiert, um eine erste Elektrode mit der Fuge zu bilden. Eine organische photoelektrische Umwandlungsschicht wird auf der ersten Elektrode ausgebildet. Eine zweite Elektrode wird auf der organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht ausgebildet.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bildsensors bereitgestellt wie folgt. Eine Elektrodenisolierschicht mit einer eingetieften Region wird auf einem Substrat ausgebildet. Die eingetiefte Region weist eine untere Oberfläche und eine erste Seitenfläche auf, wobei die erste Seitenfläche in einem ersten Winkel (θR) in Bezug auf die untere Oberfläche der eingetieften Region geneigt ist. Eine erste vorläufige Elektrode mit einer Fuge wird in der eingetieften Region der Elektrodenisolierschicht gezüchtet. Die Fuge erstreckt sich in der eingetieften Region in einem zweiten Winkel (θGB) in Bezug auf die untere Oberfläche der eingetieften Region. Eine erste Region der ersten vorläufigen Elektrode wird auf der unteren Oberfläche der eingetieften Region in einer ersten Richtung gezüchtet. Eine zweite Region der ersten vorläufigen Elektrode wird auf der ersten Seitenfläche der eingetieften Region in einer zweiten Richtung, welche die erste Richtung schneidet, gezüchtet. Die Fuge wird in einer Region ausgebildet, wo die erste Region und die zweite Region bei der Ausbildung der ersten vorläufigen Elektrode aufeinander treffen. Die erste vorläufige Elektrode weist ITO, ZnO, SnO2, TiO2, ZITO, IZO, GIO, ZTO, FTO, AZO oder GZO auf.
  • Figurenliste
  • Diese und andere Merkmale der vorliegenden erfinderischen Idee werden durch eine ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen davon unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen klarer werden:
    • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee;
    • 2 ist ein Diagramm, das ein schematisches Layout einer Bildsensoranlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellt;
    • 3A und 3B sind Schaltpläne, die Pixelschaltungen von Bildsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen;
    • 4 ist eine schematische Draufsicht, die einen Pixelbereich eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellt;
    • 5A und 5B sind schematische Querschnittsansichten, die Pixelbereiche eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen;
    • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bereichs OBPX von schwarzen optischen Pixeln eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee;
    • 7A und 7B sind Querschnittsansichten, die schematisch Abschnitte von Bildsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen;
    • 8 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Abschnitt eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellt;
    • 9 bis 11 sind schematische Querschnittsansichten, die Pixelbereiche eines Bildsensors gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen;
    • 12A und 12I sind Querschnittsansichten, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen;
    • 13A und 13C sind Querschnittsansichten, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen;
    • 14A und 14E sind Querschnittsansichten, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen;
    • 15A und 15C sind Diagramme, die schematische Layouts von Bildsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen; und
    • 16 ist ein Blockdiagramm, das ein System darstellt, das einen Bildsensor gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • Ausführungsbeispiele der erfinderischen Idee werden nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Jedoch kann die erfinderische Idee in verschiedenen Formen verwirklicht werden und sollte nicht als beschränkt auf die hierin angegebenen Ausführungsformen aufgefasst werden. In den Zeichnungen kann die Dicke von Schichten und Regionen um der Klarheit willen übertrieben dargestellt sein. Überall in der Patentschrift und den Zeichnungen können gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen.
  • 1 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee.
  • In 1 kann ein Bildsensor 1000 einen Steuerregisterblock 1110, einen Timing-Generator 1120, einen Rampensignalgenerator 1130, eine Puffereinheit 1140, ein Active-Pixel-Sensor(APS)-Array 1150, einen Zeilentreiber 1160, einen Korrelations-Doppeltaster 1170, einen Komparator 1180 und einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 1190 aufweisen.
  • Der Steuerregisterblock 1110 kann die Funktionen des Bildsensors 1000 insgesamt steuern. Zum Beispiel kann der Steuerregisterblock 1110 ein Betriebssignal direkt an den Timing-Generator 1120, den Rampensignalgenerator 1130 und die Puffereinheit 1140 senden. Der Timing-Generator 1120 kann ein Betriebszeitsteuerungs-Bezugssignal für verschiedene Komponenten des Bildsensors 1000 erzeugen. Das Betriebszeitsteuerungs-Bezugssignal, das im Timing-Generator 1120 erzeugt wird, kann an den Rampensignalgenerator 1130, den Zeilentreiber 1160, den Korrelations-Doppeltaster 1170 oder den Analog-Digital-Wandler 1190 gesendet werden. Der Rampensignalgenerator 1130 kann ein Rampensignal erzeugen und senden, das im Korrelations-Doppeltaster 1170 oder im Komparator 1180 verwendet wird. Die Puffereinheit 1140 kann ein Latch aufweisen. Die Puffereinheit 1140 kann ein Bildsignal, das extern gesendet werden soll, puffern und kann Bilddaten an eine externe Vorrichtung senden.
  • Das APS-Array 1150 kann ein externes Bild erfassen. Das APS-Array 1150 kann eine Mehrzahl aktiver Pixel aufweisen. Der Zeilentreiber 1160 kann eine Zeile des APS-Array 1150 selektiv aktivieren. Der Korrelations-Doppeltaster 1170 kann ein analoges Signal, das im APS-Array 1150 erzeugt wird, ertasten und ausgeben. Der Komparator 1180 kann verschiedene Bezugssignale unter anderem durch Vergleichen einer Steilheit von Rampensignalen, die Rückmeldungen geben gemäß Daten, die vom Korrelations-Doppeltaster 1170 gesendet werden, und ihren analogen Bezugsspannungen erzeugen. Der Analog-Digital-Wandler 1190 kann analoge Bilddaten in digitale Bilddaten umwandeln.
  • 2 ist ein Diagramm, das ein schematisches Layout einer Bildsensorvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellt.
  • Wie in 2 dargestellt ist, kann ein Bildsensor 10A eine Sensor-Array-Region SA und eine um die Sensor-Array-Region SA herum angeordnete periphere Schaltungsregion PCA aufweisen.
  • Die Sensor-Array-Region SA kann aufweisen: einen Active-Pixel-Sensorbereich APS, der aktive Pixel aufweist, die aktive Signale erzeugen, die Wellenlängen von externem Licht entsprechen, einen Optical-Black-Sensorbereich OBS, der schwarze optische Pixel aufweist, die durch Blockieren von externem Licht schwarze optische Signale erzeugen, und einen Dummy-Pixel-Sensorbereich DMS, der zwischen dem Active-Pixel-Sensorbereich APS und dem Optical-Black-Sensorbereich OBS angeordnet ist. Der Dummy-Pixel-Sensorbereich DMS kann Dummy-Pixel aufweisen, die kein elektrisches Signal ausgeben.
  • Der Active-Pixel-Sensorbereich APS kann ein Bereich sein, der dem oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen APS-Array 1150 entspricht. Der Active-Pixel-Sensorbereich APS kann eine Mehrzahl von Pixelbereichen PX aufweisen, die in Matrixform angeordnet sind. Jeder von den Pixelbereichen PX kann eine photoelektrische Umwandlungsvorrichtung, wie etwa eine Photodiode, und Transistoren aufweisen.
  • Die periphere Schaltungsregion PCA kann einen Schaltungsbereich CA mit einer Mehrzahl von Schaltungen und einen Kontaktstellen- bzw. Pad-Bereich PA mit einer Mehrzahl von Kontaktstellen bzw. Pads PAD, die um den Schaltungsbereich CA herum angeordnet sind, aufweisen.
  • Der Schaltungsbereich CA kann eine Mehrzahl von Transistoren mit komplementären Metalloxid-Halbleitern (CMOS) aufweisen und ein konstantes Signal an jeden der Pixelbereiche PX der Sensor-Array-Region SA senden oder ein Ausgangssignal steuern, das von den einzelnen Pixelbereichen PX der Sensor-Array-Region SA ausgegeben wird. Der Schaltungsbereich CA kann Bereiche aufweisen, die dem Steuerregisterblock 1110, dem Timing-Generator 1120, dem Rampensignalgenerator 1130, der Puffereinheit 1140, dem Zeilentreiber 1160, dem Korrelations-Doppeltaster 1170, dem Komparator 1180 und dem Analog-Digital-Wandler 1190 entsprechen, die oben unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurden.
  • Die Mehrzahl von Pads PAD des Pad-Bereichs PA kann ein elektrisches Signal zu bzw. von einer externen Vorrichtung oder dergleichen senden und empfangen. Die Mehrzahl von Pads PAD kann externe Antriebsleistung, wie eine Versorgungsspannung oder eine Massespannung, an Schaltungen senden, die im Schaltungsbereich CA angeordnet sind.
  • 3A und 3B sind Schaltpläne, die Pixelschaltungen von Bildsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen.
  • Jeder oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebene Pixelbereich PX kann zwei oder mehr photoelektrische Umwandlungsvorrichtungen aufweisen, und die zwei oder die mehreren photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen, die in den Pixelbereichen PX enthalten sind, können Licht unterschiedlicher Farben empfangen, um elektrische Ladungen zu erzeugen. Wenn jeder von den Pixelbereichen PX zwei oder mehr photoelektrische Umwandlungsvorrichtungen aufweist, kann jeder von den Pixelbereichen PX Pixelschaltungen aufweisen, um elektrische Ladungen zu verarbeiten, die in den einzelnen photoelektrischen Umwandlungsvorrichtungen erzeugt werden.
  • Wie in 3A gezeigt ist, kann die Pixelschaltung eine Schaltung sein, die ein elektrisches Signal unter Verwendung von elektrischen Ladungen erzeugt, die in einer organischen Photodiode OPD erzeugt werden.
  • Die Pixelschaltung kann eine Mehrzahl von Transistoren aufweisen und eine Drei-Transistor(3T)-Struktur aufweisen. Zum Beispiel kann die Pixelschaltung einen Reset-Transistor RX, einen Ansteuerungstransistor DX und einen Auswahltransistor SX aufweisen. Ein Gate-Anschluss des Ansteuerungstransistors DX kann mit einer Floating-Diffusion FD verbunden sein, und elektrische Ladungen, die in der organischen Photodiode OPD erzeugt werden, können in der Floating Diffusion FD akkumuliert werden. Die organische Photodiode OPD kann erste und zweite Elektroden, die parallel zueinander angeordnet sind, und eine dazwischen angeordnete organische Lichtumwandlungsschicht aufweisen. Die organische Lichtumwandlungsschicht kann Licht in einem vorgegebenen Wellenlängenband empfangen, um elektrische Ladungen zu erzeugen.
  • Der Ansteuerungstransistor DX kann durch die elektrischen Ladungen, die in der Floating Diffusion FD akkumuliert werden, als Sourcefolger-Pufferverstärker betrieben werden. Der Ansteuerungstransistor DX kann die in der Floating Diffusion FD akkumulierten elektrischen Ladungen, die an den Auswahltransistor SX gesendet werden sollen, verstärken.
  • Der Auswahltransistor SX kann durch ein von einem Zeilentreiber eingegebenes Auswahlsteuersignal SEL betätigt werden und Umschalt- und Addressieroperationen durchführen. Wenn das Auswahlsteuersignal SEL vom Zeilentreiber angelegt wird, kann ein erstes Pixelsignal VOpix an eine erste Spaltenleitung ausgegeben werden, die mit dem Auswahltransistor SX verbunden ist. Das erste Pixelsignal VOpix kann von einem Spaltentreiber und einer Ausleseschaltung detektiert werden.
  • Der Reset-Transistor RX kann durch ein Reset-Steuersignal RG betätigt werden, das vom Zeilentreiber eingegeben wird. Aufgrund des Reset-Steuersignals RG kann der Reset-Transistor RX eine Spannung der Floating Diffusion FD auf eine Auslesespannung VRD zurücksetzen.
  • Die organische Photodiode OPD kann Löcher als Hauptladungsträger nutzen. Wenn die Löcher als die Hauptladungsträger verwendet werden, kann eine Kathode der organischen Photodiode OPD mit der Floating Diffusion FD verbunden werden, und eine Anode der organischen Photodiode OPD kann mit einer Top-Elektrodenspannung Vtop verbunden werden. Die Top-Elektrodenspannung Vtop kann eine positive Spannung von mehreren Volt, zum Beispiel in etwa 3,0 V sein. Da Löcher in der organischen Photodiode OPD als Hauptladungsträger erzeugt werden, kann ein Drain-Anschluss des Reset-Transistors RX mit der Auslesespannung VRD verbunden sein, die einen anderen Wert aufweist als eine Leistungszufuhrspannung VDD. Da die Pixelschaltung implementiert ist, um Löcher als Hauptladungsträger zu nutzen, können Dunkelstromeigenschaften verbessert sein. In manchen Ausführungsbeispielen kann die organische Photodiode OPD Elektronen als Hauptladungsträger erzeugen und eine Schaltungsstruktur aufweisen, die dem entspricht.
  • Wie in 3B gezeigt ist, kann die Pixelschaltung eine Schaltung sein, die ein elektrisches Signal unter Verwendung von elektrischen Ladungen erzeugt, die in einer Halbleiter-Photodiode SPD erzeugt werden.
  • Die Pixelschaltung kann eine 4T-Schaltung sein, die vier Transistoren aufweist. Zum Beispiel kann die Pixelschaltung einen Reset-Transistor RX, einen Ansteuerungstransistor DX, einen Auswahltransistor SX und einen Übertragungstransistor TX aufweisen. Die Halbleiter-Photodiode SPD, die mit der Pixelschaltung verbunden ist, kann eine Halbleiter-Photodiode sein, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, das Silicium oder dergleichen aufweist, und kann über den Übertragungstransistor TX mit einer Floating Diffusion FD verbunden sein. Zum Beispiel müssen eine Kathode oder eine Anode der Halbleiter-Photodiode SPD nicht direkt mit der Floating Diffusion FD verbunden sein, anders als in dem oben unter Bezugnahme auf 3A beschriebenen Ausführungsbeispiel.
  • Der Übertragungstransistor TX kann elektrische Ladungen, die in der Halbleiter-Photodiode SPD akkumuliert wurden, auf Basis eines Übertragungssteuersignals TG, das von einem Zeilentreiber gesendet wird, auf die Floating Diffusion FD übertragen. Die Halbleiter-Photodiode SPD kann Elektronen als Hauptladungsträger erzeugen. Die Funktionsweisen des Reset-Transistors RX, des Ansteuerungstransistors DX und des Auswahltransistors SX können den oben unter Bezugnahme auf 3A beschriebenen ähneln, und ein zweites Pixelsignal VSpix kann durch eine mit dem Auswahltransistor SX verbundene Spaltenleitung ausgegeben werden. Das zweite Pixelsignal VSpix kann von einem Spaltentreiber und einer Ausleseschaltung detektiert werden.
  • 4 ist eine schematische Draufsicht, die einen Pixelbereich eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellt.
  • 5A und 5B sind schematische Querschnittsansichten, die Pixelbereiche von Bildsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen. 5A und 5B stellen jeweils Querschnittsbereiche dar, die entlang von Linien I-I' und II-II' in 4 erhalten werden. In der gesamten Offenbarung können Richtungsbegriffe wie „obere“, „oberer Abschnitt“, „obere Oberfläche“, „untere“, „unterer Abschnitt“, „untere Oberfläche“, „Seitenfläche“ und dergleichen relative Begriffe sein, die auf den Zeichnungen basieren, solange nichts anderes beschrieben wird.
  • Wie in 4 bis 5B gezeigt ist, kann der Pixelbereich PX Speicherknotenregionen 105, Vorrichtungsisolierregionen 107, Photodioden 110 und Kontakt-Durchkontaktierungen 150 aufweisen, die in einem Substrat 101 angeordnet sind. Der Pixelbereich PX kann ferner eine Zwischenschichtisolierschicht 120, Pixelschaltungsvorrichtungen 130, Zwischenverbindungsschichten 140, Zwischenverbindungs-Durchkontaktierungen 145 und erste Kontaktstecker 160 aufweisen, die auf einer unteren Oberfläche des Substrats 101 angeordnet sind. Der Pixelbereich PX kann ferner eine Antireflexionsschicht 205, eine obere Isolierschicht 210, Filterisolierschichten 214, zweite Kontaktstecker 220, Farbfilter 230, Bedeckungsisolierschichten 240, Elektrodenisolierschichten 260, organische Photodioden 270, eine Abdeckungsisolierschicht 285 und Mikrolinsen 290 aufweisen, die auf einer oberen Oberfläche des Substrats 101 angeordnet sind.
  • Die Speicherknotenregionen 105 können so angeordnet sein, dass sie durch die Vorrichtungsisolierregionen 107 im Substrat 101 von den Photodioden 110 beabstandet sind. Die Speicherknotenregionen 105 können Störstellen aufweisen, die einen anderen Leitfähigkeitstyp aufweisen als das Substrat 101. Zum Beispiel kann das Substrat 101 p-Typ-Störstellen aufweisen, und die Speicherknotenregionen 105 können n-Typ-Störstellen aufweisen. Die Speicherknotenregionen 105 können Bereiche sein, die der oben unter Bezugnahme auf 3A und 3B beschriebenen Floating Diffusion FD entsprechen.
  • Die Vorrichtungsisolierregionen 107 können so angeordnet sein, dass sie sich von der unteren Oberfläche des Substrats 101 in das Substrat 101 hinein erstrecken und können aus einem isolierenden Material gebildet sein.
  • Die Photodioden 110 können photoelektrische Umwandlungsvorrichtungen im Substrat 101 sein und einfallendes Licht absorbieren, um elektrische Ladungen zu erzeugen und zu akkumulieren, die der Menge des Lichts entsprechen. Die Photodioden 110 können der oben unter Bezugnahme auf 3B beschriebenen Halbleiter-Photodiode SPD entsprechen. Die Photodioden 110 können Störstellen aufweisen, die einen anderen Leitfähigkeitstyp aufweisen als das Substrat 101. Die Photodioden 110 können einen PN-Übergang mit dem Substrat 101 oder eine Wannenregion des Substrats 101 bilden.
  • Die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 können so angeordnet sein, dass sie durch die obere und die untere Oberfläche des Substrats 101 hindurch gehen. Die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 können in Bereichen, die an die untere Oberfläche des Substrats 101 angrenzen, durch die Vorrichtungsisolierregionen 107 hindurch gehen. Untere Abschnitte der Kontakt-Durchkontaktierungen 150 können mit den ersten Kontaktsteckern 160 verbunden sein, und obere Abschnitte der Kontakt-Durchkontaktierungen 150 können mit den zweiten Kontaktsteckern 220 verbunden sein. Durch die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 können erste Elektroden 272 elektrisch mit den in der Zwischenschichtisolierschicht 120 ausgebildeten Zwischenverbindungsschichten 140 verbunden sein. Die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 können aus einem leitenden Material wie etwa Polysilicium gebildet sein. Die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 können über Isolierschichten 155 elektrisch vom Substrat 101 und den Photodioden 110 isoliert sein. Die Durchkontaktierungsisolierschichten 155 können aus einem isolierenden Material wie etwa Siliziumoxid und Siliziumnitrid bestehen.
  • In einem Ausführungsbeispiel können die Kontakt-Durchkontaktierungen 150, die durch das Substrat 101 hindurch gehen, mit den zweiten Kontaktsteckern 220 in Kontakt stehen.
  • Die Zwischenschichtisolierschicht 120 kann aus einem isolierenden Material in einer einzigen Schicht oder in einer Mehrzahl von Schichten ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die Zwischenschichtisolierschicht 120 Siliziumoxid oder Siliziumnitrid aufweisen. In manchen Ausführungsbeispielen kann eine Stützschicht zusätzlich an einer unteren Oberfläche der Zwischenschichtisolierschicht 120 angeordnet werden, um die Festigkeit des Substrats 101 zu gewährleisten.
  • Die Pixelschaltungsvorrichtungen 130 können zwischen den Zwischenverbindungsschichten 140 und den Photodioden 110 auf der unteren Oberfläche des Substrats 101 angeordnet sein. Die Pixelschaltungsvorrichtungen 130 können der oben unter Bezugnahme auf 3A und 3B beschriebenen Pixelschaltung entsprechen. Die Pixelschaltungsvorrichtungen 130 können eine Schaltungsisolierschicht 132, eine Abstandhalterschicht 134 und eine Schaltungselektrodenschicht 135 aufweisen.
  • Die Zwischenverbindungsschichten 140 und die Zwischenverbindungs-Durchkontaktierungen 145 können in der Zwischenschichtisolierschicht 120 angeordnet sein, um elektrisch mit den Speicherknotenregionen 105 und den Photodioden 110, die im Substrat 101 ausgebildet sind, verbunden zu werden. Die Zwischenverbindungsschichten 140 können so angeordnet sein, dass sie parallel zur unteren Oberfläche des Substrats 101 sind. Die Zwischenverbindungs-Durchkontaktierungen 145 können so angeordnet sein, dass sie senkrecht sind zur unteren Oberfläche des Substrats 101, und weisen eine zylindrische Form oder die Form eines stumpfen Kreiskegels auf. Die Zwischenverbindungsschichten 140 und die Zwischenverbindungs-Durchkontaktierungen 145 können aus einem leitenden Material gebildet sein. Zum Beispiel können die Zwischenverbindungsschichten 140 und die Zwischenverbindungs-Durchkontaktierungen 145 mindestens eines von Wolfram (W), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Gold (Au), Silber (Ag) und deren Legierungen aufweisen. Die Anzahl der Schichten der Zwischenverbindungsschichten 140 und die Anzahl und die Lage der Zwischenverbindungs-Durchkontaktierungen 145 sind nicht auf die in den Zeichnungen dargestellten beschränkt.
  • Die ersten Kontaktstecker 160 können so angeordnet sein, dass sie die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 mit den Zwischenverbindungsschichten 140 verbinden. Die ersten Kontaktstecker 160 können sich in die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 hinein erstrecken. Obere Oberflächen der ersten Kontaktstecker 160 können höher angeordnet sein als untere Oberflächen der Vorrichtungsisolierregionen 107, aber die erfinderische Idee ist nicht darauf beschränkt. Die ersten Kontaktstecker 160 können zum Teil von einer vergrabenen Isolierschicht 157 umgeben sein. Die vergrabene Isolierschicht 157 kann aus einem isolierenden Material wie etwa Siliziumoxid und Siliziumnitrid bestehen. Die ersten Kontaktstecker 160 können eine erste Sperrschicht 162 und eine erste leitende Schicht 164 aufweisen. Die erste Sperrschicht 162 kann als Diffusionssperrschicht fungieren. Die erste Sperrschicht 162 kann beispielsweise Wolframnitrid (WN), Tantalnitrid (TaN), Titannitrid (TiN) oder Kombinationen davon aufweisen. Die erste leitende Schicht 164 kann ein leitendes Material aufweisen. Zum Beispiel kann die erste leitende Schicht 164 mindestens eines von Wolfram (W), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Gold (Au), Silber (Ag) und deren Legierungen aufweisen.
  • Der Brechungsindex der Antireflexionsschicht 205 kann eine hohe Durchlässigkeit aufweisen, so dass externes Licht, das auf die obere Oberfläche des Substrats 101 trifft, zu den Photodioden 110 gelangen kann. Die Antireflexionsschicht 205 kann beispielsweise aus SiON, SiC, SiCN oder SiCO gebildet sein.
  • Die obere Isolierschicht 210 kann zwischen den zweiten Kontaktsteckern 220 und den Farbfiltern 230 angeordnet sein. Die Filterisolierschichten 214 können so angeordnet sein, dass sie untere und obere Oberflächen der Farbfilter 230 bedecken. Die Bedeckungsisolierschichten 240 können auf oberen Oberflächen der Farbfilter 230 angeordnet sein. Die obere Isolierschicht 210, die Filterisolierschichten 214 und die Bedeckungsisolierschichten 240 können aus einem isolierenden Material wie etwa Siliziumoxid gebildet sein. In manchen Ausführungsbeispielen können sowohl die obere Isolierschicht 210 als auch die Filterisolierschichten 214 und die Bedeckungsisolierschichten 240 jeweils aus einer Mehrzahl von Schichten gebildet sein. In manchen Ausführungsbeispielen können die obere Isolierschicht 210 und die Filterisolierschichten 214 in einer einzigen Schicht ausgebildet sein.
  • Die zweiten Kontaktstecker 220 können so angeordnet sein, dass sie die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 mit den ersten Elektroden 272 verbinden. Die zweiten Kontaktstecker 220 können sich in die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 hinein erstrecken, und obere Oberflächen der zweiten Kontaktstecker 220 können mit oberen Oberflächen der Bedeckungsisolierschichten 240 komplanar sein. Die zweiten Kontaktstecker 220 können eine zweite Sperrschicht 222 und eine zweite leitende Schicht 224 aufweisen. Die zweite Sperrschicht 222 kann als Diffusionssperrschicht fungieren und kann beispielsweise Wolframnitrid (WN), Tantalnitrid (TaN), Titannitrid (TiN) oder Kombinationen davon aufweisen. Die zweite leitende Schicht 224 kann ein leitendes Material aufweisen. Zum Beispiel kann die zweite leitende Schicht 224 mindestens eines von Wolfram (W), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Gold (Au), Silber (Ag) und deren Legierungen aufweisen.
  • Die Farbfilter 230 können auf den Filterisolierschichten 214 angeordnet sein. Die Farbfilter 230 können oberhalb der Photodioden 110 angeordnet sein. Die Farbfilter 230 können Licht eines bestimmten Wellenlängenbandes zu den darunter angeordneten Photodioden 110 senden. Wie in 4 dargestellt ist, können die Farbfilter 230 erste Farbfilter 230a und zweite Farbfilter 230b aufweisen, die in einer Zeilenrichtung und einer Spaltenrichtung abwechselnd angeordnet sind. Zum Beispiel können die ersten Farbfilter 230a rote Farbfilter sein, und die zweiten Farbfilter 230b können blaue Farbfilter sein. In diesem Fall können die ersten Farbfilter 230a Licht in einem roten Wellenlängenband an Photodioden 110 senden, die unter ihnen angeordnet sind und die von ihnen überlagert werden, und die zweiten Farbfilter 230b können Licht in einem blauen Wellenlängenband an Photodioden 110 senden, die unter ihnen angeordnet sind und die von ihnen überlagert werden. Die Farbfilter 230 können beispielsweise aus einem Material gebildet sein, das durch Mischen eines Harzes mit einem Pigment, das ein Metall oder ein Metalloxid enthält, gebildet wird.
  • Die Elektrodenisolierschicht 260 kann so angeordnet sein, dass sie Seitenflächen der ersten Elektroden 272 auf den Farbfiltern 230 umgibt. Wie in 4 gezeigt ist, kann die Elektrodenisolierschicht 260 eine Struktur aufweisen, welche die ersten Elektroden 272, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, untereinander verbindet. Die Elektrodenisolierschicht 260 kann eingetiefte Regionen RC aufweisen, die jeweils in Pixelbereichen angeordnet sind und in denen die ersten Elektroden 272 aufgenommen sind. Die eingetieften Regionen RC können oberhalb der Photodioden 110 und der Farbfilter 230 angeordnet sein. In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee können Seitenflächen der eingetieften Regionen RC von der Elektrodenisolierschicht 260 definiert werden, und untere Oberflächen der eingetieften Regionen RC können durch die obere Isolierschicht 210, die Filterisolierschichten 214, die Bedeckungsisolierschicht 240 und die zweiten Kontaktstecker 220 definiert werden. Die Elektrodenisolierschicht 260 kann ein Form haben, bei der eine Breite nach oben abnimmt, wodurch zwischen den ersten Elektroden 272 eine obere Oberfläche schmäler ist als eine untere Oberfläche, aber die vorliegende erfinderische Idee ist nicht darauf beschränkt. Die Elektrodenisolierschicht 260 kann aus einem isolierenden Material wie etwa Siliziumoxid und Siliziumnitrid bestehen.
  • Die organischen Photodioden 270 können oberhalb der Farbfilter 230 angeordnet sein. Die organischen Photodioden 270 können Licht mit einer Farbe empfangen, die anders ist als die eines Lichts, das die Photodioden 110 empfangen, und elektrische Ladungen erzeugen. Die organischen Photodioden 270 können die oben unter Bezugnahme auf 3A beschriebenen organischen Photodioden OPD sein. Die organischen Photodioden 270 können erste Elektroden 272 und zweite Elektroden 276, die einander gegenüberliegen, und eine dazwischen angeordnete photoelektrische Umwandlungsschicht 274 aufweisen.
  • Die photoelektrische Umwandlungsschicht 274 kann eine organische photoelektrische Umwandlungsschicht sein, die ein organisches Material aufweist. Die photoelektrische Umwandlungsschicht 274 kann eine p-Typ-Schicht, in der Hauptträger Löcher sind, oder ein n-Typ-Schicht, in der Hauptträger Elektronen sind, aufweisen. Die photoelektrische Umwandlungsschicht 274 kann elektrische Ladungen als Reaktion auf Licht in einem bestimmten Wellenlängenband erzeugen. Zum Beispiel kann die photoelektrische Umwandlungsschicht 274 elektrische Ladungen als Reaktion auf Licht in einem grünen Wellenlängenband erzeugen. In diesem Fall kann Licht mit einer Farbe, die von der grünen Farbe verschieden ist, durch die Farbfilter 230 zu den Photodioden 110 gesendet werden, die unterhalb der photoelektrischen Umwandlungsschicht 274 liegen. Die photoelektrische Umwandlungsschicht 274 kann als einzelne Schicht oder als mehrere Schichten ausgebildet sein. Zum Beispiel kann die photoelektrische Umwandlungsschicht 274 aus einer intrinsischen Schicht (I-Schicht) oder einer auf verschiedene Weise kombinierten Struktur, wie etwa p-Typ-Schicht/I-Schicht, I-Schicht/n-Typ-Schicht, p-Typ-Schicht/I-Schicht/n-Typ-Schicht oder p-Typ-Schicht/n-Typ-Schicht gebildet sein.
  • Die ersten Elektroden 272 können in den eingetieften Regionen RC angeordnet sein, die von der Elektrodenisolierschicht 260 definiert werden. Wie in 5A dargestellt ist, können die ersten Elektroden 272 jeweils oberhalb der Farbfilter 230 angeordnet sein. Die ersten Elektroden 272 können jeweils so angeordnet sein, dass sie von Mitten der Farbfilter 230 in einer horizontalen Richtung (parallel zur Zeichnungsebene von 4) versetzt sind, aber die vorliegende erfinderische Idee ist nicht darauf beschränkt. Die ersten Elektroden 272 können eine Kristallstruktur einschließlich einer Mehrzahl von Körnern aufweisen. Die ersten Elektroden 272 können Fugen aufweisen, die sich schräg in Bezug auf seitliche und untere Oberflächen der eingetieften Regionen RC erstrecken. Dies wird ausführlicher unter Bezugnahme auf 7A und 7B beschrieben. Die photoelektrische Umwandlungsschicht 274 kann in einer einzigen Schicht auf den ersten Elektroden 272 angeordnet sein. Die zweiten Elektroden 276 können in einer einzigen Schicht auf der photoelektrischen Umwandlungsschicht 274 angeordnet sein.
  • Die ersten Elektroden 272 und die zweiten Elektroden 276 können aus transparentem leitfähigem Material, wie etwa aus Indiumzinnoxid (ITO), ZnO, SnO2, TiO2, zinkdotiertem Indiumzinnoxid (ZITO), Indiumzinkoxid (IZO), Galliumindiumoxid (GIO), Zinkzinnoxid (ZTO), fluordotiertem Zinnoxid (FTO), aluminiumdotiertem Zinkoxid (AZO) und galliumdotiertem Zinkoxid (GZO) oder aus einem durchscheinenden Material wie etwa einer Metalldünnschicht gebildet sein. In manchen Ausführungsbeispielen können die zweiten Elektroden 276 aus einem Material mit einer Austrittsarbeit, die mindestens so groß ist wie die der ersten Elektroden 272, gebildet sein, aber die vorliegende erfinderische Idee ist nicht darauf beschränkt.
  • Die Abdeckungsisolierschicht 285 kann auf der organischen Photodiode 270 angeordnet sein. Die Abdeckungsisolierschicht 285 kann aus einem isolierenden Material wie etwa Siliziumoxid und Siliziumoxynitrid bestehen.
  • Die Mikrolinsen 290 können durch Ändern eines Wegs des Lichts, das auf andere Flächen als die Photodioden 110 trifft, Licht in den Photodioden 110 konzentrieren. Die Mikrolinsen 290 können beispielsweise aus einem TMR-basierten Harz (einem Produkt von Tokyo Ohka Kogyo Co.) oder einem MFR-basierten Harz (einem Produkt von Japan Synthetic Rubber Co.) gebildet sein.
  • Wie in 5B dargestellt ist, können Pixelisolierregionen 170 jeweils an Grenzen der Pixelbereiche im Substrat 101 angeordnet sein. Die Pixelisolierregionen 170 können so angeordnet sein, dass sie die Photodioden 110 umgeben. Jedoch müssen die Pixelisolierregionen 170 um Bereiche, in denen die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 ausgebildet sind, nicht ausgebildet sein. In manchen Ausführungsbeispielen sind die relativen Anordnungen der Pixelisolierregionen 170 und der Photodioden 110 nicht auf die in den Zeichnungen beschränkt und können auf verschiedene Weise modifiziert sein. Zum Beispiel können untere Oberflächen der Pixelisolierregionen 170 so angeordnet sein, dass sie höher oder tiefer liegen als untere Oberflächen der Photodioden 110. Die vergrabene Isolierschicht 157 kann unterhalb der Pixelisolierregionen 170 angeordnet sein. Die Pixelisolierregionen 170 können beispielsweise aus Polysilicium gebildet sein. In diesem Fall können die Pixelisolierregionen 170 durch eine Pixelisolierungsisolierschicht 172 elektrisch vom Substrat 101 isoliert sein. Alternativ dazu können die Pixelisolierregionen 170 in manchen Ausführungsbeispielen aus einem isolierenden Material gebildet sein.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann die obere Isolierschicht 210 Seitenflächen der Farbfilter 230 umgeben. Die zweiten Kontaktstecker 220 können sich durch die obere Isolierschicht 210 hindurch erstrecken, so dass die zweiten Kontaktstecker 220 mit einer von den ersten Elektroden 272 in Kontakt stehen. Zum Beispiel können die zweiten Kontaktstecker 220, die sich durch die obere Isolierschicht 210 hindurch erstrecken, mit den ersten Elektroden 272 in Kontakt stehen.
  • In einem Ausführungsbeispiel können sich die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 durch das Substrat hindurch erstrecken, so dass sie mit den zweiten Kontaktsteckern 220 in Kontakt stehen.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Bereichs OBPX von schwarzen optischen Pixeln eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee.
  • Wie in 6 gezeigt ist, kann der Bereich OBPX der schwarzen optischen Pixel eine lichtblockierende Schicht 287 und eine Passivierungsschicht 295 anstelle der Mikrolinsen 290 auf der Abdeckungsisolierschicht 285 aufweisen, anders als der oben unter Bezugnahme auf 4 bis 5B beschriebene Pixelbereich PX.
  • Die lichtblockierende Schicht 287 kann auf der gesamten Fläche des Optical-Black-Sensorbereichs OBS, der in 2 dargestellt ist, angeordnet sein und kann sich zumindest bis zu einem Abschnitt des Schaltungsbereichs CA oder des Pad-Bereichs PA erstrecken. Die lichtblockierende Schicht 287 kann lichtblockierendes Material aufweisen. Zum Beispiel kann die lichtblockierende Schicht 287 aus metallischem Material wie etwa Wolfram (W), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Gold (Au), Silber (Ag) und Kombinationen davon gebildet sein. Alternativ dazu kann die lichtblockierende Schicht 287 eine Struktur aufweisen, bei der die Mehrzahl von Farbfiltern 230, die oben unter Bezugnahme auf 4 bis 5B beschrieben wurden, gestapelt sind. Die Passivierungsschicht 295 kann auf der lichtblockierenden Schicht 287 angeordnet sein. Die Passivierungsschicht 295 kann beispielsweise aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder einem Metalloxid gebildet sein.
  • Ein Dummy-Pixelbereich, der im oben unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Dummy-Pixel-Sensorbereich DMS angeordnet ist, kann die gleiche Struktur aufweisen wie der Bereich OBPX der schwarzen optischen Pixel oder der Pixelbereich PX. Wenn der Dummy-Pixelbereich die gleiche Struktur aufweist wie der Pixelbereich PX, kann es sein, dass das im oben unter Bezugnahme auf 1 beschriebenen Timing-Generator 1120 erzeugte Betriebszeitsteuerungs-Bezugssignal nicht auf den Dummy-Pixelbereich angewendet wird.
  • 7A und 7B sind Querschnittsansichten, die schematisch Abschnitte von Bildsensoren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen. In 7A und 7B ist eine Region dargestellt, die einem Bereich A von 5A entspricht.
  • Die ersten Kontaktstecker 160 können als untere Kontaktstecker bezeichnet werden, und die zweiten Kontaktstecker 220 können als obere Kontaktstecker bezeichnet werden.
  • In 7A ist der Bereich A von 5A vergrößert dargestellt. Jede von den ersten Elektroden 272 kann eine erste Region G1, die aus einer unteren Oberfläche der eingetieften Region RC gezüchtet wird, und zweite Regionen G2 die auf Seitenflächen der eingetieften Region RC gezüchtet werden, beispielsweise auf Seitenflächen der Elektrodenisolierschicht 260, aufweisen.
  • Jede von den ersten Elektroden 272 kann eine viereckige stumpfe Pyramidenform aufweisen, bei der eine untere Oberfläche kleiner ist als eine obere Oberfläche. Die erste Region G1 kann eine viereckige stumpfe Pyramidenform, bei der eine untere Oberfläche größer ist als eine obere Oberfläche, oder eine ähnliche Form aufweisen. Während die erste Region G1 die viereckige stumpfe Pyramidenform aufweist, kann zum Beispiel jede Oberfläche der ersten Region G1 gekrümmt statt vollständig flach sein. Außerdem können Ränder der ersten Region G1 sanft begradigt statt vollständig gerade sein. Die zweiten Regionen G2 können eine dreieckige Pyramidenform oder eine ähnliche Form aufweisen. Jede von den ersten Elektroden 272 kann beispielsweise fünf Regionen aufweisen, die eine erste Region G1 und vier zweite Regionen G2 einschließen, aber die vorliegende erfinderische Idee ist nicht darauf beschränkt.
  • Eine Fuge GB kann so angeordnet sein, dass sie von einem unteren Teil von einer von den ersten Elektroden 272 zu einem oberen Teil der einen von den ersten Elektroden 272 verläuft. Die Fuge GB, die zwischen der ersten Region G1 und einer von den zweiten Regionen G2 angeordnet ist, kann sich schräg von einer unteren Ecke der eingetieften Region RC oder von unteren Enden der Seitenflächen der Elektrodenisolierschicht 260 zu einer oberen Oberfläche der einen von den ersten Elektroden 272 erstrecken. Die Fuge GB kann sich zwischen der unteren Oberfläche und den Seitenflächen der eingetieften Region RC erstrecken. Der Grund dafür ist, dass die erste Region G1 und die zweiten Regionen G2 in voneinander verschiedenen Richtungen wachsen, so dass sie kollidieren oder aufeinandertreffen. Zum Beispiel kann die Fuge GB in einer Region ausgebildet sein, wo die erste Region G1 und eine von den zweiten Regionen G2 kollidieren der aufeinandertreffen. Jedoch kann sich die Fuge GB in manchen Ausführungsbeispielen von einem Abschnitt, der an die Ecke zwischen der unteren Oberfläche und den Seitenflächen der eingetieften Region RC angrenzt, statt exakt von der Ecke zwischen der unteren Oberfläche und den Seitenflächen der eingetieften Region RC aus erstrecken.
  • Die erste Region G1 kann von der unteren Oberfläche der eingetieften Region RC aus in einer ersten Richtung DR1 gezüchtet werden, und die zweiten Regionen G2 können von den Seitenflächen der Elektrodenisolierschicht 260 aus in einer zweiten Richtung DR2 gezüchtet werden. Die erste Richtung DR1 kann einen größeren Winkel in Bezug auf die untere Oberfläche der eingetieften Region RC bilden als die zweite Richtung DR2. Wenn die ersten Elektroden 272 aus Indiumzinnoxid (ITO) gebildet sind, können die erste Richtung DR1 und die zweite Richtung DR2 die <222>-Orientierung sein und die Regionen können in der {222} -Ebene gezüchtet werden. Wenn ein Winkel, der von der unteren Oberfläche und den Seitenflächen der eingetieften Region RC gebildet wird, als erster Winkel θR bezeichnet wird und ein Winkel, der zwischen der Fuge GB und der unteren Oberfläche der eingetieften Region RC gebildet wird, als zweiter Winkel θGB bezeichnet wird, kann folgendes erfüllt sein: 0,3θR ≤ θGB ≤ 0,8θR, insbesondere 0,5θR ≤ GB ≤ 0,8θR. Zum Beispiel können der erste Winkel θR und der zweite Winkel θGB die folgende Beziehung erfüllen: 0,3θR ≤ θGB ≤ 0,8θR, insbesondere 0,5θR ≤ θGB ≤ 0,8θR. Jedoch ist der Gedanke der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt.
  • Da die Fuge GB an jedem Ende von einer der ersten Elektroden 272 ausgebildet ist, kann ein Widerstand an Randabschnitten der ersten Elektrode 272 steigen, wodurch ein elektrisches Feld an den Randabschnitten geschwächt wird. Infolgedessen kann ein Übersprechen von Pixel zu Pixel verringert sein.
  • In 7B ist der Bereich A von 5A gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee dargestellt. Ein Winkel θRa , der von der unteren Oberfläche und den Seitenflächen der eingetieften Region RC gebildet wird, kann kleiner sein als der Winkel θR , der unter Bezugnahme auf 7A beschrieben wurde. Das heißt, die Seitenflächen der Elektrodenisolierschicht 260 können so angeordnet sein, dass sie eher senkrecht zu einer Oberfläche des Substrats 101 sind als die in 7A dargestellten. In diesem Fall kann auch ein Winkel θGba , der von der Fuge GB und der unteren Oberfläche der eingetieften Region RC gebildet wird, relativ verkleinert sein. Demgemäß kann eine zweite Richtung DR2a, eine Wachstumsrichtung der zweiten Regionen G2, so geändert sein, dass sie eher horizontal ist als die zweite Richtung DR2, die in 7A dargestellt ist.
  • Der Winkel θGba , der von der Fuge GB und der unteren Oberfläche der eingetieften Region RC gebildet wird, kann durch Ändern eines Winkels der Seitenflächen der Elektrodenisolierschicht 260 modifiziert werden und kann unter Berücksichtigung einer Größe von jeder der Elektroden 272, eines Abstands zwischen den ersten Elektroden 272 und des Vorkommens eines Übersprechens von Pixel zu Pixel ausgewählt werden.
  • 8 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Abschnitt eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellt. In 8 ist ein Bereich, der einem Bereich B entspricht, der in 5A dargestellt ist, vergrößert dargestellt.
  • Wie in 8 dargestellt ist, erstreckt sich zwar ein erster Kontaktstecker 160a in die Kontakt-Durchkontaktierung 150, aber ein oberes Ende des ersten Kontaktsteckers 160a kann innerhalb von Grenzen einer Vorrichtungsisolierregion 107a angeordnet sein, anders als der erste Kontaktstecker 160 gemäß dem unter Bezugnahme auf 5A beschriebenen Ausführungsbeispiel. In diesem Fall kann die vergrabene Isolierschicht 157 von 5A weggelassen werden. Die Vorrichtungsisolierregion 107a kann eine Mehrschichtstruktur aufweisen, die eine Pufferoxidschicht 107-1, eine Auskleidungsschicht 107-2 und eine Vorrichtungsisolierungsisolierschicht 107-3 einschließt, die nacheinander auf einer Seitenfläche eines Grabens angeordnet sind. Die Mehrschichtstruktur der Vorrichtungsisolierregion 107a kann auf andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden erfinderischen Idee angewendet werden.
  • 9 bis 11 sind schematische Querschnittsansichten, die Pixelbereiche von Bildsensoren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen.
  • Wie in 9 gezeigt ist, kann ein Pixelbereich PXa eine Elektrodenisolierschicht 260a aufweisen. Anders als die Elektrodenisolierschicht 260, die im Pixelbereich PX von 5A angeordnet ist, kann die Elektrodenisolierschicht 260a einen Isolator 262 aufweisen, der von einer Basis 264 aus, die unter dem Isolator 262 angeordnet ist, in eine der ersten Elektroden 272 vorsteht. Die Basis 264 und der Isolator 262 können die eingetieften Regionen RC definieren. Außerdem kann der Pixelbereich PXa ferner Elektrodenkontakte 250 aufweisen.
  • Die Elektrodenisolierschicht 260a kann eine Struktur aufweisen, bei der die Basis 264 zur Elektrodenisolierschicht 260 von 5A hinzugefügt ist. In manchen Ausführungsbeispielen kann die Elektrodenisolierschicht 260a eine Struktur aufweisen, die mit zumindest einem Abschnitt von darunterliegenden Isolierschichten, wie etwa der Bedeckungsisolierschichten 240, integriert ist.
  • Die Elektrodenkontakte 250 können durch die Basis 264 der Elektrodenisolierschicht 260a hindurch verlaufen, um die ersten Elektroden 272 und die zweiten Kontaktstecker 220 zu verbinden. Die Elektrodenkontakte 250 können aus einem leitenden Material gebildet sein. Zum Beispiel können die Elektrodenkontakte 250 aus dem gleichen Material gebildet sein wie die erste Elektrode 272, aber die vorliegende erfinderische Idee ist nicht darauf beschränkt. Relative Größen der Elektrodenkontakte 250 und der zweiten Kontaktstecker 220 sind nicht auf die beschränkt, die in den Zeichnungen dargestellt sind, und können in verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden erfinderischen Idee modifiziert werden.
  • Wie in 10 gezeigt ist, kann eine Elektrodenisolierschicht 260a, die in einem Pixelbereich PXb angeordnet ist, einen Isolator 262 aufweisen, der von einer Basis 264 aus, die unter dem Isolator 262 angeordnet ist, in eine der ersten Elektroden 272 vorsteht. Die Basis 264 und der Isolator 262 können die eingetieften Regionen RC definieren, ähnlich wie in 9. Jedoch kann der Pixelbereich PXb eine Struktur aufweisen, in der zweite Kontaktstecker 220a so angeordnet sind, dass sie durch die Basis 264 hindurch verlaufen, anders als in 9.
  • Die zweiten Kontaktstecker 220a können eine zweite Sperrschicht 222a und eine zweite leitende Schicht 224a aufweisen. Die zweiten Kontaktstecker 220a können direkt mit der ersten Elektrode 272 verbunden sein und können durch die Basis 264, die obere Isolierschicht 210 und die Antireflexionsschicht 205 mit den Kontakt-Durchkontaktierungen 150 verbunden sein, ohne die Elektrodenkontakte 250 von 9 zu verwenden.
  • Wie in 11 gezeigt ist, kann ein Pixelbereich PXc eine Übertragungsschaltungsvorrichtung 130a als Teil der Pixelschaltungsvorrichtungen 130 aufweisen, anders als bei 5A bis 10. Die Übertragungsschaltungsvorrichtung 130a kann dem Übertragungstransistor TX entsprechen, der oben unter Bezugnahme auf 3B beschrieben wurde.
  • Die Übertragungsschaltungsvorrichtung 130a kann sich von einer unteren Oberfläche des Substrats 101 bis zu einer oberen Oberfläche des Substrats 101 in das Substrat 101 hinein erstrecken. Die Übertragungsschaltungsvorrichtung 130a kann eine Übertragungsschaltungsisolierschicht 132a und eine Übertragungsschaltungselektrodenschicht 135a aufweisen. Die Übertragungsschaltungsisolierschicht 132a kann zwischen der Übertragungsschaltungselektrodenschicht 135a und dem Substrat 101 angeordnet sein und seitliche und obere Oberflächen der Übertragungsschaltungselektrodenschicht 135a bedecken. Die Übertragungsschaltungselektrodenschicht 135a kann elektrisch mit einer Speicherknotenregion 105 auf der unteren Oberfläche des Substrats 101 verbunden sein. Da die Übertragungsschaltungselektrodenschicht 135a so angeordnet ist, dass sie senkrecht ist zur unteren Oberfläche des Substrats 101, kann eine Photodiode 110a relativ breit über der Übertragungsschaltungselektrodenschicht 135a angeordnet werden. Anders als die Photodiode 110 von 5A kann die Photodiode 110a relativ breit von einer Seite des Pixelbereichs PXc zur anderen angeordnet werden, aber die vorliegende erfinderische Idee ist nicht darauf beschränkt.
  • 12A und 12I sind Querschnittsansichten, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen. In 12A bis 12I ist ein Verfahren zur Fertigung eines Bildsensors einschließlich des Pixelbereichs PX, der in 3 bis 5B dargestellt ist, exemplarisch dargestellt.
  • Wie in 12A gezeigt ist, können Speicherknotenregionen 105, Vorrichtungsisolierregionen 107, Photodioden 110 und Kontakt-Durchkontaktierungen 150 in einem Substrat 101 ausgebildet werden. Eine Zwischenschichtisolierschicht 120, Pixelschaltungsvorrichtungen 130, Zwischenverbindungsschichten 140, Zwischenverbindungs-Durchkontaktierungen 145 und erste Kontaktstecker 160 können auf einer unteren Oberfläche des Substrats 101 ausgebildet werden.
  • Die Vorrichtungsisolierregionen 107 können durch Ausbilden von Gräben, die sich von der unteren Oberfläche des Substrats 101 aus erstrecken, und Füllen der Gräben mit einem Isoliermaterial ausgebildet werden. Die Speicherknotenregionen 105 und die Photodioden 110 können durch Injizieren von Störstellen aus der unteren Oberfläche des Substrats 101 in einem Ionenimplantationsprozess ausgebildet werden. Zum Beispiel können die Speicherknotenregionen 105 und die Photodioden 110 durch Injizieren von n-Typ-Störstellen ausgebildet werden. Die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 können durch Ausbilden von Löchern, die sich so erstrecken, dass sie teilweise durch die Vorrichtungsisolierregionen 107 verlaufen und durch das Substrat 101 verlaufen, und Füllen der Löcher mit einem leitfähigen Material ausgebildet werden. Vor dem Füllen der Löcher mit dem leitfähigen Material können Durchkontaktierungsisolierschichten 155 durch Anordnen von Isoliermaterialien auf Innenflächen der Löcher ausgebildet werden. Das leitfähige Material kann durch einen Rückätzprozess teilweise von den Löchern entfernt werden, und dann kann eine vergrabene Isolierschicht 157 die Räume füllen, wo das leitfähige Material entfernt wurde. Die in 5B dargestellten Pixelisolierregionen 170 können auch zusammen mit den Kontakt-Durchkontaktierungen 150 in diesem Prozess ausgebildet werden.
  • Als Nächstes können Pixelschaltungsvorrichtungen 130, Zwischenverbindungsschichten 140 und Zwischenverbindungs-Durchkontaktierungen 145 auf der unteren Oberfläche des Substrats 101 ausgebildet werden. Nach dem Ausbilden der Pixelschaltungsvorrichtungen 130 kann zumindest ein Abschnitt der Zwischenschichtisolierschicht 120 auf der unteren Oberfläche des Substrats 101 ausgebildet werden. Die ersten Kontaktstecker 160 können durch einen Abschnitt der Zwischenschichtisolierschicht 120 und der vergrabenen Isolierschicht 157 verlaufen, so dass sie mit den Kontakt-Durchkontaktierungen 150 verbunden werden können. Die ersten Kontaktstecker 160 können durch Ausbilden einer ersten Sperrschicht 162 und anschließendes Ausbilden einer ersten leitenden Schicht 164 ausgebildet werden. Die Zwischenschichtisolierschicht 120 kann in mehreren Abschnitten im Prozess des Ausbildens der Zwischenverbindungsschichten 140 und der Zwischenverbindungs-Durchkontaktierungen 145 ausgebildet werden, um als Ergebnis die Komponenten zu bedecken, die auf der unteren Oberfläche des Substrats 101 angeordnet sind. In manchen Ausführungsbeispielen kann ferner eine Stützschicht, die das Substrat 101 während des Prozesses stützt, auf einer unteren Oberfläche der Zwischenschichtisolierschicht 120 ausgebildet werden.
  • Als nächstes kann eine Polierprozess oder ein Abschleifprozess, in dem eine Dicke des Substrats 101 verringert wird, an einer oberen Oberfläche des Substrats 101 durchgeführt werden, um ein Ende der Kontakt-Durchkontaktierungen 150 freizulegen.
  • Wie in 12B gezeigt ist, können eine Antireflexionsschicht 205, eine obere Isolierschicht 210 und zweite Kontaktstecker 220 auf der oberen Oberfläche des Substrats 101 ausgebildet werden.
  • Zuerst können die Antireflexionsschicht 205 und die obere Isolierschicht 210 nacheinander ausgebildet werden. Dann können Löcher, die durch die Antireflexionsschicht 205 und die obere Isolierschicht 210 hindurch verlaufen und die Kontakt-Durchkontaktierungen 150 freilegen, ausgebildet werden. Die zweiten Kontaktstecker 220 können durch Nacheinander-Ausbilden einer zweiten Sperrschicht 222 und einer zweiten leitenden Schicht 224 in den Löchern ausgebildet werden. Die zweite Sperrschicht 222 kann so ausgebildet werden, dass sie seitliche und untere Oberflächen der zweiten leitenden Schicht 224 bedeckt.
  • Wie in 12C gezeigt ist, können Öffnungen OP durch Entfernen von Teilen der oberen Isolierschicht 210 ausgebildet werden.
  • Die Öffnungen OP können so ausgebildet werden, dass sie Bereichen entsprechen, in denen in einem anschließenden Prozess Farbfilter 230 ausgebildet werden. Die Öffnungen OP können so ausgebildet werden, dass sie in der Draufsicht Bereiche überlappen, in denen Photodioden 110 ausgebildet werden. Die Öffnungen OP können so ausgebildet werden, dass sie die Antireflexionsschicht 205 freilegen.
  • Wie in 12D gezeigt ist, kann eine Filterisolierschicht 214 formfolgend in den Öffnungen OP ausgebildet werden, und Farbfilter 230 können in den Öffnungen OP mit der Filterisolierschicht 214 ausgebildet werden.
  • Die Filterisolierschicht 214 kann als lineare Schicht ausgebildet werden, welche die obere Isolierschicht 210 und die Antireflexionsschicht 205 formfolgend bedeckt. Die Filterisolierschicht 214 kann beispielsweise aus Siliziumoxid gebildet sein. In den Öffnungen OP können die Farbfilter 230, die die Öffnungen OP teilweise füllen, auf der Filterisolierschicht 214 ausgebildet werden.
  • Wie in 12E gezeigt ist, können Bedeckungsisolierschichten 240 auf den Farbfiltern 230 ausgebildet werden, und ein Planarisierungsprozess kann durchgeführt werden.
  • Die Bedeckungsisolierschichten 240 können so ausgebildet werden, dass sie die in 12D dargestellten Öffnungen OP füllen. Dann kann der Planarisierungsprozess durchgeführt werden, um obere Enden der zweiten Kontaktstecker 220 freizulegen. Durch den Planarisierungsprozess kann die Filterisolierschicht 214 zwischen den Öffnungen OP abgetrennt werden.
  • Wie in 12F gezeigt ist, kann eine vorläufige Elektrodenisolierschicht 260P auf den Bedeckungsisolierschichten 240 der oberen Isolierschicht 210, der Filterisolierschicht 214 und den zweiten Kontaktsteckern 220 ausgebildet werden.
  • Die vorläufige Elektrodenisolierschicht 260P kann beispielsweise durch einen chemischen Dampfabscheidungs(CVD)-Prozess oder einen Atomlagenabscheidungs(ALD)-Prozess ausgebildet werden. Die vorläufige Elektrodenisolierschicht 260P kann Siliziumnitrid oder Siliziumoxid aufweisen.
  • Wie in 12G gezeigt ist, kann eine Elektrodenisolierschicht 260 mit eingetieften Regionen RC durch Mustern der vorläufigen Elektrodenisolierschicht 260P ausgebildet werden.
  • Die eingetieften Regionen RC können so ausgebildet werden, dass die zweiten Kontaktstecker 220 und die Bedeckungsisolierschichten 240 freigelegt werden. Die Elektrodenisolierschicht 260 kann auf der oberen Isolierschicht 210 und der Filterisolierschicht 214 ausgebildet werden, aber die vorliegende erfinderische Idee ist nicht darauf beschränkt. Zum Beispiel kann in manchen Ausführungsbeispielen die Elektrodenisolierschicht 260 so angeordnet werden, dass sie sich auf die Bedeckungsisolierschichten 240 erstreckt.
  • Wie in 12H gezeigt ist, kann eine erste vorläufige Elektrode 272P in den eingetieften Regionen RC der Elektrodenisolierschicht 260 ausgebildet werden.
  • Die erste vorläufige Elektrode 272P kann beispielsweise unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines Sputter-Prozesses ausgebildet werden. Die erste vorläufige Elektrode 272P kann in unterschiedlichen Richtungen auf einer unteren Oberfläche und auf Seitenflächen der eingetieften Regionen RC gezüchtet werden, wie in 12H gezeigt ist. Demgemäß kann eine Fuge GB zwischen einer ersten Region G1, die von der unteren Oberfläche der eingetieften Regionen RC aus gezüchtet wird, und einer von zweiten Regionen G2, die von den Seitenflächen der eingetieften Regionen RC aus gezüchtet werden, ausgebildet werden. Sowohl die erste Region G1 als auch die zweiten Regionen G2 können eine polykristalline Phase, eine amorphe Phase oder eine Kombination davon aufweisen. Genauer kann die Fuge GB eine Korngrenzenregion sein, wo kristalline Kristallkörner miteinander kollidieren können. Zum Beispiel können die zweiten Regionen G2 von den Seitenflächen der eingetieften Regionen RC aus gezüchtet werden, und die erste Region G1 kann von der unteren Oberfläche der eingetieften Regionen RC aus gezüchtet werden. In diesem Fall kann die erste Region G1 mit den zweiten Regionen G2 kollidieren oder zusammentreffen, so dass beim Ausbilden der ersten vorläufigen Elektrode 272P die Fuge GB gebildet wird. Die Region, die durch die gestrichelte Linie gezeigt wird, wo die Kollision zwischen der ersten Region G1 und einer der zweiten Regionen G2 stattfindet, wird die Fuge GB, die eine geringere Dichte und eine schwächere chemische Bindung aufweist als Korngrenzen innerhalb sowohl der ersten Region G1 als auch der zweiten Regionen G2. Die Fuge GB kann aus drei Oberflächen gebildet werden, einschließlich der unteren Oberflächen von einer der eingetieften Regionen RC und der zwei Seitenflächen, die von der unteren Oberfläche der einen von den eingetieften Regionen RC ausgehen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Fuge GB ein Leerraum sein, durch den man mit bloßem Auge erkennen kann, anders als die Korngrenzen innerhalb sowohl der ersten Region G1 als auch der zweiten Regionen G2.
  • Wie in 12I gezeigt ist, können erste Elektroden 272 durch Durchführen eines Planarisierungsprozesses an der ersten vorläufigen Elektrode 272P ausgebildet werden.
  • Der Planarisierungsprozess kann ein chemisch-mechanischer Polier(CMP)-Prozess sein. Im Planarisierungsprozess kann die Elektrodenisolierschicht 260 freigelegt werden.
  • Wie in 5A und 5B gezeigt ist, können als Nächstes organische Photodioden 270 durch aufeinanderfolgendes Ausbilden einer photoelektrischen Umwandlungsschicht 274 und einer zweiten Elektrode 276 auf der ersten Elektrode 272 ausgebildet werden. Dann kann ein Bildsensor, der den in 3 bis 5B dargestellten Pixelbereich PX aufweist, durch Ausbilden einer Abdeckungsisolierschicht 285 und von Mikrolinsen 290 auf den organischen Photodioden 270 ausgebildet werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel können die ersten Elektroden 272 jeweils die erste Region G1, die zweiten Regionen G2 und die Fuge GB, welche die erste Region G1 und eine von den zweiten Regionen G2 voneinander trennt, aufweisen. Die erste Region G1 kann zur photoelektrischen Umwandlungsschicht 274 hin schmäler werden, und eine von den zweiten Regionen G2 kann zur photoelektrischen Umwandlungsschicht 274 hin breiter werden.
  • 13A und 13C sind Querschnittsansichten, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen. In 13A bis 13C ist ein Verfahren zur Fertigung eines Bildsensors einschließlich des Pixelbereichs PXa, der in 9 dargestellt ist, exemplarisch dargestellt.
  • Zunächst können, wie in 13A gezeigt ist, die oben unter Bezugnahme auf 12A bis 12F beschriebene Prozesse durchgeführt werden.
  • Dann kann eine Elektrodenisolierschicht 260a mit eingetieften Regionen RC durch Mustern einer vorläufigen Elektrodenisolierschicht 260P von 12F ausgebildet werden. Ein oberer Abschnitt der vorläufigen Elektrodenisolierschicht 260P kann über einer vorgegebenen Dicke entfernt werden, um die Elektrodenisolierschicht 260a auszubilden. Die Elektrodenisolierschicht 260a kann einen Isolator 262 und eine Basis 264, welche die eingetieften Regionen RC zusammen mit dem Isolator 262 umgibt und unterhalb des Isolators 262 angeordnet ist, aufweisen. Die Elektrodenisolierschicht 260a kann in einer einzigen Schicht ausgebildet werden, die eine obere Isolierschicht 210, eine Filterisolierschicht 214, zweite Kontaktstecker 220 und Bedeckungsisolierschichten 240 abdeckt.
  • Wie in 13B gezeigt ist, können Elektrodenkontakte 250, die durch die Basis 264 hindurch verlaufen, ausgebildet werden.
  • Die Elektrodenkontakte 250 können durch Ausbilden von Löchern, die durch die Basis 264 der Elektrodenisolierschicht 260a hindurch verlaufen und die zweiten Kontaktstecker 220 freilegen, und Füllen der Löcher mit einem leitfähigen Material ausgebildet werden.
  • Wie in 13C gezeigt ist, kann eine erste vorläufige Elektrode 272P in den eingetieften Regionen RC der Elektrodenisolierschicht 260a ausgebildet werden.
  • Die erste vorläufige Elektrode 272P kann so ausgebildet werden, dass sie erste Regionen G1 und zweite Regionen G2 aufweist, wie oben unter Bezugnahme auf 12H beschrieben wurden. Die erste vorläufige Elektrode 272P kann mit den Elektrodenkontakten 250 in den eingetieften Regionen RC in Kontakt stehen. In manchen Ausführungsbeispielen können die Elektrodenkontakte 250 zusammen mit der ersten vorläufigen Elektrode 272P ausgebildet werden. In manchen Ausführungsbeispielen können die Elektrodenkontakte 250 zusammen mit der ersten vorläufigen Elektrode 272P ausgebildet werden.
  • Als Nächstes kann der Bildsensor einschließlich des Pixelbereichs PXa, der in 9 dargestellt ist, durch Durchführen anschließender Prozesse ausgebildet werden, wie oben unter Bezugnahme auf 12I beschrieben wurde.
  • 14A und 14E sind Querschnittsansichten, die schematisch ein Verfahren zum Herstellen eines Bildsensors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen. In 14A bis 14E ist ein Verfahren zur Fertigung eines Bildsensors einschließlich des Pixelbereichs PXb, der in 10 dargestellt ist, exemplarisch dargestellt.
  • Wie in 14A dargestellt ist, kann der oben unter Bezugnahme auf 12A beschriebene Prozess durchgeführt werden. Als Nächstes können eine Antireflexionsschicht 205 und eine obere Isolierschicht 210 auf einer oberen Oberfläche des Substrats 101 ausgebildet werden.
  • Wie in 14B gezeigt ist, können ähnlich wie in den oben unter Bezugnahme auf 12C bis 12F beschriebenen Prozessen Öffnungen OP durch Entfernen von Teilen der oberen Isolierschicht 210 ausgebildet werden, dann kann eine Filterisolierschicht 214 formfolgend auf den Öffnungen OP ausgebildet werden, und dann können Farbfilter 230 ausgebildet werden. Bedeckungsisolierschichten 240 können auf den Farbfiltern 230 ausgebildet werden, und eine vorläufige Elektrodenisolierschicht 260P kann ausgebildet werden.
  • Dann kann eine Elektrodenisolierschicht 260a mit eingetieften Regionen RC durch Mustern der vorläufigen Elektrodenisolierschicht 260P ausgebildet werden. Ein oberer Abschnitt der vorläufigen Elektrodenisolierschicht 260P kann über eine vorgegebene Dicke entfernt werden, um die Elektrodenisolierschicht 260a mit einem Isolator 262 und einer Basis 264 auszubilden. Der Isolator 262 und die Basis 264 können die eingetieften Regionen RC definieren.
  • Wie in 14C gezeigt ist, können Kontaktlöcher CH, die durch die Basis 264, die obere Isolierschicht 210 und die Antireflexionsschicht 205 verlaufen, so ausgebildet werden, dass sie die Kontakt-Durchkontaktierungen freilegen.
  • Wie in 14D gezeigt ist, können eine zweite Sperrschicht 222a und eine zweite leitende Schicht 224a nacheinander durch Füllen der Kontaktlöcher CH ausgebildet werden. Die zweite Sperrschicht 222a und die zweite leitende Schicht 224a können zweite Kontaktstecker 220a bilden
  • Wie in 14E gezeigt ist, kann eine erste vorläufige Elektrode 272P in den eingetieften Regionen RC der Elektrodenisolierschicht 260a ausgebildet werden.
  • Die erste vorläufige Elektrode 272P kann eine erste Region G1 und zweite Regionen G2 aufweisen, wie oben unter Bezugnahme auf 12H beschrieben wurde. Die erste vorläufige Elektrode 272P kann mit den zweiten Kontaktsteckern 220a in den eingetieften Regionen RC in Kontakt stehen.
  • Als Nächstes kann der Bildsensor einschließlich des Pixelbereichs PXb, der in 10 dargestellt ist, durch Durchführen anschließender Prozesse ausgebildet werden, wie oben unter Bezugnahme auf 12I beschrieben wurde.
  • 15A und 15C sind Diagramme, die schematische Layouts von Bildsensoren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden erfinderischen Idee darstellen.
  • Wie in 15A gezeigt ist, kann ein Bildsensor 10B ein gestapelter Bildsensor sein, der ein erstes Substrat SUB1 und ein zweites Substrat SUB2 aufweist, die in einer vertikalen Richtung gestapelt sind. Das erste Substrat SUB1 kann eine Sensor-Array-Region SA und einen ersten Pad-Bereich PA1 aufweisen, und das zweite Substrat SUB2 kann einen Schaltungsbereich CA und einen zweiten Pad-Bereich PA2 aufweisen.
  • Die Sensor-Array-Region SA kann einen Active-Pixel-Sensorbereich APS, einen Optical-Black-Sensorbereich OBS und einen Dummy-Pixel-Sensorbereich DMS aufweisen, wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde. Eine Mehrzahl von ersten Pads PAD1 des ersten Pad-Bereichs PA1 kann dafür ausgelegt sein, elektrische Signale zu/von einer externen Vorrichtung zu senden/zu empfangen.
  • Der Schaltungsbereich CA kann einen Logikschaltungsblock LC aufweisen, und der Schaltungsbereich CA kann eine Mehrzahl von CMOS-Transistoren aufweisen, wie oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben wurde. Der Schaltungsbereich CA kann ein konstantes Signal an jeden Pixelbereich PX der Sensor-Array-Region SA liefern oder ein Ausgangssignal steuern, das von den einzelnen Pixelbereichen PX ausgegeben wird.
  • Die ersten Pads PAD1 des ersten Pad-Bereichs PA1 können durch ein Verbindungsteil CV elektrisch mit zweiten Pads PAD2 des zweiten Pad-Bereichs PA2 verbunden werden. Jedoch ist die Anordnung des Verbindungsteils CV nicht darauf beschränkt und kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden erfinderischen Idee modifiziert werden.
  • Wie in 15B gezeigt ist, kann ein zweites Substrat SUB2 eines Bildsensors 10C ferner einen Speicherbereich STA aufweisen. Der Speicherbereich STA kann einen Speicherbausteinblock ME aufweisen. Der Speicherbausteinblock ME kann elektrisch mit einem Logikschaltungsblock LC verbunden sein, um Bilddaten zu senden und zu empfangen. Der Speicherbausteinblock ME kann einen Speicherbaustein wie etwa einen dynamischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (DRAM), einen statischen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (SRAM), einen Spin-Transfer-Torque-Speicher mit wahlfreiem Zugriff (STT-MRAM) und einen Flash-Speicherbaustein aufweisen.
  • Wie in 15C gezeigt ist, kann ein Bildsensor 10D ein gestapelter Bildsensor sein, der ein erstes Substrat SUB1, ein zweites Substrat SUB2 und ein drittes Substrat SUB3 aufweist, die in einer vertikalen Richtung nacheinander gestapelt sind. Das heißt, der Bildsensor 10D gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden erfinderischen Idee kann ferner das dritte Substrat SUB3 aufweisen, anders als die Bildsensoren 10B und 10C, die in 15A und 15B dargestellt sind.
  • Das erste Substrat SUB1 und das zweite Substrat SUB2 können denen gleich sind, die oben unter Bezugnahme auf 15A beschrieben wurden, und das dritte Substrat SUB3 kann einen Speicherbereich STA und einen dritten Pad-Bereich PA3 aufweisen. Der Speicherbereich STA kann einen Speicherbausteinblock ME aufweisen, und der Speicherbausteinblock ME kann einen Speicherbaustein aufweisen wie oben unter Bezugnahme auf 15B beschrieben. In manchen Ausführungsbeispielen können das erste bis dritte Substrat SUB1, SUB2 und SUB3 eine Struktur sein, die auf einem Halbleiterwafer basiert. In manchen Ausführungsbeispielen können das erste und das zweite Substrat SUB1 und SUB2 eine Struktur sein, die auf einem Halbleiterwafer basiert, und das dritte Substrat SUB3 kann eine Struktur sein, die auf einem Halbleiterchip basiert.
  • Erste Pads PAD1 des ersten Pad-Bereichs PA1 können durch ein erstes Verbindungsteil CV1 elektrisch mit zweiten Pads PAD2 des zweiten Pad-Bereichs PA2 verbunden werden. Dritte Pads PAD3 des dritten Pad-Bereichs PA3 können durch ein zweites Verbindungsteil CV2 elektrisch mit den zweiten Pads PAD2 des zweiten Pad-Bereichs PA2 verbunden werden. Jedoch ist die Anordnung des ersten und des zweiten Verbindungsteils CV1 und CV2 nicht darauf beschränkt und kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden erfinderischen Idee modifiziert werden. Zum Beispiel können in manchen Ausführungsbeispielen das erste und das zweite Verbindungsteil CV1 und CV2 jeweils in verschiedenen Bereichen in vertikalen Richtungen angeordnet werden.
  • 16 ist ein Blockdiagramm, das ein System darstellt, das einen Bildsensor gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden erfinderischen Idee darstellt.
  • Wie in 16 gezeigt ist, kann ein System 2000 ein Rechensystem, ein Kamerasystem, ein Scanner, eine Autonavigationssystem, ein Bildtelefon, ein Sicherheitssystem oder ein Bewegungserfassungssystem sein, die jeweils Bilddaten benötigen.
  • Das System 2000 kann einen Prozessor 2010, eine Eingabe/Ausgabe(I/O)-Vorrichtung 2020, einen Speicherbaustein 2030, einen Bildsensor 2040 und eine Leistungsquelle 2050 aufweisen. Das System 2000 kann ferner Anschlüsse für die Kommunikation mit einer Videokarte, einer Soundkarte, einer Speicherkarte, einer USB-Vorrichtung oder anderen elektronischen Vorrichtungen aufweisen.
  • Der Prozessor 2010 kann bestimmte Berechnungen oder Aufgaben erfüllen. In manchen Ausführungsbeispielen kann der Prozessor 2010 ein Mikroprozessor oder eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) sein. Der Prozessor 2010 kann mit der I/O-Vorrichtung 2020, dem Speicherbaustein 2030 und dem Bildsensor 2040 über einen Bus 2060 kommunizieren. In manchen Ausführungsbeispielen kann der Prozessor 2010 mit einem erweiterten Bus wie etwa einem Peripheriegeräteverbindungs(PCI)-Bus verbunden werden.
  • Der Bildsensor 2040 kann gemäß dem oben unter Bezugnahme auf 1 bis 15C beschriebenen Ausführungsbeispielen implementiert werden. Die I/O-Vorrichtung 2020 kann eine Eingabevorrichtung wie etwa eine Tastatur, ein Tastenfeld oder eine Maus und eine Ausgabevorrichtung wie etwa einen Drucker oder eine Anzeige aufweisen. Die Speicherbaustein 2030 kann Daten zum Betreiben des Systems 2000 speichern. Zum Beispiel kann der Speicherbaustein 2030 ein DRAM, ein mobiler DRAM, ein SRAM, ein Phasenänderungs-RAM (PRAM), ein ferroelektrischer RAM (FRAM), ein Widerstands-RAM (RRAM) und/oder ein magnetischer RAM (MRAM) sein. Das System 2000 kann ferner eine Speichervorrichtung, wie etwa eine Solid-State-Drive (SSD), ein Festplattenlaufwerk (HDD) oder eine Compact Disk-Read-only Memory (CD-ROM) einschließen. Die Leistungsversorgung 2050 kann eine Betriebsspannung zum Betreiben des Systems 2000 liefern.
  • Wie oben ausgeführt, kann eine Fuge an Randbereichen von Elektroden ausgebildet werden, und daher kann ein Bildsensor mit verbesserter Zuverlässigkeit bereitgestellt werden.
  • Obwohl die vorliegende erfinderische Idee unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, wird ein Durchschnittsfachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen an ihrer Form und an Details vorgenommen werden können, ohne vom Bereich der erfinderischen Idee, wie sie in den beigefügten Ansprüchen definiert wird, abzuweichen.

Claims (18)

  1. Bildsensor, aufweisend: ein Substrat (101); ein Farbfilter (230) auf dem Substrat (101); eine Elektrodenisolierschicht (260; 260a) mit einer eingetieften Region (RC) auf dem Farbfilter (230); und eine organische Photodiode (270), die auf dem Farbfilter (230) angeordnet ist, wobei die organische Photodiode (270) aufweist: eine erste Elektrode (272; 272a) auf dem Farbfilter (230), wobei die erste Elektrode (272; 272a) die eingetiefte Region (RC) der Elektrodenisolierschicht (260; 260a) füllt; eine zweite Elektrode (276) auf der ersten Elektrode (272; 272a); und eine organische photoelektrische Umwandlungsschicht (274), die zwischen der ersten Elektrode (272; 272a) und der zweiten Elektrode (276) angeordnet ist, wobei die erste Elektrode (272; 272a) eine Fuge (GB) aufweist, die sich in einem ersten Winkel von einer Seitenfläche der eingetieften Region (RC) der Elektrodenisolierschicht (260; 260a) aus erstreckt.
  2. Bildsensor nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrode (272; 272a) über der Fuge (GB) diskontinuierlich ist.
  3. Bildsensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Substrat (101) aufweist: eine Photodiode (110), die unter dem Farbfilter (230) angeordnet ist; und eine Speicherknotenregion (105), die elektrisch mit der Photodiode (110) verbunden ist.
  4. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: eine obere Isolierschicht (210), die eine Seitenfläche des Farbfilters (230) umgibt; und einen oberen Kontaktstecker (220; 220, 250; 220a), der sich durch die obere Isolierschicht (210) hindurch erstreckt, so dass er mit der ersten Elektrode (272; 272a) in Kontakt steht.
  5. Bildsensor nach Anspruch 4, ferner aufweisend: eine Kontakt-Durchkontaktierung (150), die durch das Substrat (101) hindurch verläuft, so dass sie mit dem oberen Kontaktstecker (220; 220, 250; 220a) in Kontakt kommt; und einen unteren Kontaktstecker (160; 160a), der in die Kontakt-Durchkontaktierungen (150) hinein vorsteht.
  6. Bildsensor nach Anspruch 5, ferner aufweisend: eine Zwischenschichtisolierschicht (120); eine Zwischenverbindungsschicht (140), die in der Zwischenschichtisolierschicht (120) angeordnet ist, wobei der untere Kontaktstecker (160; 160a) durch die Zwischenverbindungsschicht (140) elektrisch mit der Speicherknotenregion (105) verbunden ist.
  7. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei sich die Fuge (GB) der ersten Elektrode (272; 272a) von einer Ecke der eingetieften Region (RC) der Elektrodenisolierschicht (260; 260a) aus zu einer oberen Oberfläche der ersten Elektrode (272; 272a) erstreckt.
  8. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Fuge (GB) mit der oberen Oberfläche der ersten Elektrode (272; 272a) verbunden ist.
  9. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Elektrode (272; 272a) ferner eine erste Region (G1) und eine zweite Region (G2), die durch die Fuge (GB) getrennt sind, aufweist.
  10. Bildsensor nach Anspruch 9, wobei die erste Region (G1) zwischen der Fuge (GB) und einer unteren Oberfläche der eingetieften Region (RC) der Elektrodenisolierschicht (260; 260a) angeordnet ist, und wobei die zweite Region (G2) zwischen der Fuge (GB) und einer Seitenfläche der eingetieften Region (RC) der Elektrodenisolierschicht (260; 260a) angeordnet ist.
  11. Bildsensor nach Anspruch 9 oder 10, wobei die erste Region (G1) und die zweite Region (G2) aus dem gleichen Material gebildet sind.
  12. Bildsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die erste Region (G1) eine polykristalline Phase aufweist.
  13. Bildsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die erste Region (G1) eine amorphe Phase aufweist.
  14. Bildsensor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die erste Region (G1) zur organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht (274) hin schmäler wird, und wobei die zweite Region (G2) zur organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht (274) hin breiter wird.
  15. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner aufweisend: eine Bedeckungsisolierschicht (240), die zwischen dem Farbfilter (230) und der ersten Elektrode (272; 272a) angeordnet ist.
  16. Bildsensor nach Anspruch 15, wobei die eingetiefte Region (RC) der Elektrodenisolierschicht (260) die Bedeckungsisolierschicht (240) freilegt.
  17. Bildsensor, aufweisend: eine erste Elektrode (272; 272a) auf einem Substrat (101); eine Elektrodenisolierschicht (260; 260a), die eine Seitenfläche der ersten Elektrode (272; 272a) umgibt; eine zweite Elektrode (276) auf der ersten Elektrode (272; 272a); und eine organische photoelektrische Umwandlungsschicht, die zwischen der ersten Elektrode (272; 272a) und der zweiten Elektrode (276) angeordnet ist, wobei die erste Elektrode (272; 272a) eine erste Region, eine zweite Region und eine Fuge (GB) aufweist, wobei die Fuge (GB) die erste Elektrode (272; 272a) in die erste Region und die zweite Region teilt, wobei die erste Region (G1) und die zweite Region (G2) über der Fuge (GB) diskontinuierlich sind, wobei die erste Region (G1) zur organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht hin schmäler wird, und wobei die zweite Region zur organischen photoelektrischen Umwandlungsschicht hin breiter wird.
  18. Bildsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die erste Elektrode (272; 272a) ITO, ZnO, SnO2, TiO2, ZITO, IZO, GIO, ZTO, FTO, AZO oder GZO aufweist.
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