TW202310375A - 半導體影像感測器及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例係關於一種半導體影像感測器，其包含：一第一基板，其包含一第一前側及一第一背側；一第二基板，其包含一第二前側及一第二背側；一第三基板，其包含一第三前側及一第三背側；一第一互連結構；及一第二互連結構。該第一基板包含一層及在該層中之一第一光感測元件。該層包含一第一半導體材料，且該第一光感測元件包含一第二半導體材料。該第二基板接合至該第一基板，其中該第二前側面向該第一背側。該第三基板接合至該第一基板，其中該第三前側面向該第一前側。該第一互連結構及該第二互連結構放置於該第一前側與該第三前側之間。

Description

半導體影像感測器及其形成方法
本發明實施例係有關半導體影像感測器及其形成方法。
數位相機及其他成像裝置採用影像感測器。影像感測器將光學影像轉換至可表示為數位影像之數位資料。一影像感測器包含一像素感測器陣列及支援邏輯電路。該陣列之像素感測器係用於量測入射光之單元裝置，且支援邏輯電路促進量測值之讀出。光學成像裝置中常用之一種影像感測器類型係一背側照明(BSI)影像感測器。BSI影像感測器製造可整合至習知半導體製程中以用於低成本、小尺寸及高整合。此外，BSI影像感測器具有低操作電壓、低功率消耗、高量子效率及低讀出雜訊，且容許隨機存取。
本發明的一實施例係關於一種半導體影像感測器，其包括：一第一基板，其包括一第一前側及與該第一前側相對之一第一背側，其中該第一基板包括包含一第一半導體材料之一層及在該層中之一第一光感測元件，且該第一光感測元件包含不同於該第一半導體材料之一第二半導體材料；一第二基板，其包括一第二前側及與該第二前側相對之一第二背側，其中該第二基板接合至該第一基板使得該第二基板之該第二前側面向該第一基板之該第一背側；一第三基板，其包括一第三前側及與該第三前側相對之一第三背側，其中該第三基板接合至該第一基板使得該第三基板之該第三前側面向該第一基板之該第一前側；及一第一互連結構及一第二互連結構，其等在該第一基板之該第一前側與該第三基板之該第三前側之間。
本發明的一實施例係關於一種用於形成一半導體影像感測器之方法，其包括：接納包括一第一前側及與該第一前側相對之一第一背側之一第一基板，其中該第一基板包含一第一光感測元件，及放置於該第一基板之該第一前側上方之一第一互連結構；接納包括一第二前側及與該第二前側相對之一第二背側之一第二基板，其中該第二基板包含放置於該第二基板之該第二前側上方之一第二互連結構；將該第一互連結構接合至該第二互連結構；及將該第一基板接合至包括一第三前側及與該第三前側相對之一第三背側之一第三基板，其中該第一基板之該第一背側面向該第三基板之該第三前側，其中該第一光感測元件包括一第一半導體材料。
本發明的一實施例係關於一種用於形成一半導體影像感測器之方法，其包括：接納包括一第一前側及與該第一前側相對之一第一背側之一第一基板，其中該第一基板包含一第一光感測元件；將該第一基板接合至包括一第二前側及與該第二前側相對之一第二背側之一第二基板，其中該第一基板之該第一背側面向該第二基板之該第二前側；及將該第一基板接合至包括一第三前側及與該第三前側相對之一第三背側之一第三基板，其中該第一基板之該第一前側面向該第三基板之該第三前側。
以下揭露內容提供用於實施所提供標的物之不同特徵之許多不同實施例或實例。下文描述元件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且不旨在限制。例如，在下列描述中之一第一構件形成於一第二構件上方或上可包含其中該第一構件及該第二構件經形成為直接接觸之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成於該第一構件與該第二構件之間，使得該第一構件與該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複出於簡化及清楚之目的，且本身不指定所論述之各項實施例及/或組態之間的一關係。
此外，為便於描述，可在本文中使用諸如「在…下面」、「在…下方」、「下」、「在…上方」、「上」、「在…上」及類似者之空間相對術語來描述一個元件或構件與另一(些)元件或構件之關係，如圖中所繪示。空間相對術語旨在涵蓋除在圖中描繪之定向以外之使用或操作中之裝置之不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或成其他定向)且可相應地同樣解釋本文中所使用之空間相對描述符。
如本文中所使用，儘管術語(諸如「第一」、「第二」及「第三」)描述各種元件、組件、區、層及/或區段，但此等元件、組件、區、層及/或區段不應受此等術語限制。此等術語可僅用於區分一個元件、組件、區、層或區段與另一元件、組件、區、層或區段。術語(諸如「第一」、「第二」及「第三」)在本文中使用時並不意指一序列或順序，除非上下文另有明確指示。
儘管闡述本揭露之寬廣範疇之數字範圍及參數係近似值，然特定實例中所闡述之數值係儘可能精確地報告。然而，任何數值本質上含有必然由各自測試量測中發現之標準偏差所引起之特定誤差。又，如本文中所使用，術語「實質上」、「近似」或「大約」通常意謂在一般技術者可考量之一值或範圍內。替代性地，在由一般技術者考量時術語「實質上」、「近似」或「大約」意謂在平均值之一可接受標準誤差內。一般技術者可理解，該可接受標準誤差可根據不同技術改變。除了在操作/工作實例中，或除非另有明確指定，否則所有數字範圍、量、值及百分比(諸如用於本文中所揭露之材料數量、持續時間、溫度、操作條件、量之比率及其類似者之該等數字範圍、量、值及百分比)應理解為在所有例項中藉由術語「實質上」、「近似」或「大約」修改。因此，除非有相反指示，否則本揭露及隨附發明申請專利範圍中所闡述之數字參數係可視需要改變之近似值。起碼，各數字參數應至少鑒於所報告之有效數字之數目及藉由應用普通捨入技術而解釋。範圍在本文中可表示為自一端點至另一端點或介於兩個端點之間。除非另有指定，否則本文中所揭露之所有範圍包含端點。
一半導體影像感測器包含一像素感測器陣列。通常，像素感測器經組態以接收電磁輻射且將電磁輻射轉換成電荷。在大多數情況下，在一室外或室內環境中在可見、近紅外(NIR)及短波紅外(SWIR)光譜中感測之電磁輻射由反射引起。在一些實施例中，因此針對不同光譜提供不同像素感測器。例如，提供影像感測裝置以接收可見光及擷取一物件之一影像，而提供深度感測裝置以接收紅外(IR)、NIR及/或SWIR以判定一影像感測器與該物件之間的一距離。需要包含不同感測裝置之一合成像素以判定至物件之距離且擷取物件之影像。換言之，需要達到用於偵測廣範圍之光波長之多個目的之一合成影像感測器。此外，既需要防止歸因於長波長可見光造成之受污染的NIR/SWIR訊號，且需要防止可見成像中之色彩保真度損耗之NIR/SWIR背景消除能力。
因此，本揭露提供一種包含一影像擷取裝置及一深度感測裝置之合成半導體影像感測器。在一些實施例中，該影像擷取裝置包含可見光感測裝置，而該深度感測裝置包含NIR/SWIR感測裝置。此外，NIR/SWIR感測裝置使用提供對NIR/SWIR之更大吸收之一半導體材料(諸如鍺)，而可見光感測裝置使用確保對可見光之更大吸收之一半導體材料(諸如矽)。本揭露進一步提供用於形成半導體影像感測器之方法，該等方法改良影像擷取裝置與深度感測裝置之整合。
在一些實施例中，深度感測裝置可為一飛行時間(ToF)感測器。通常，存在兩種類型之ToF感測器：直接ToF (d-ToF)感測器及間接ToF (i-ToF)感測器。d-ToF感測器量測光自照明單元(諸如一雷射或一LED)行進至物件且返回至感測器所需之時間，而i-ToF感測器發射一連續調變之正弦光波且量測傳出訊號與傳入訊號之間的相位差。在一些實施例中，d-ToF感測器可包含一單光子突崩二極體(SPAD)，但本揭露並不限於此。在一些實施例中，i-ToF感測器可包含一突崩光電二極體(APD)，但本揭露並不限於此。在一些實施例中，d-ToF感測器可用於合成半導體影像感測器中。在一些替代實施例中，i-ToF感測器可用於合成半導體影像感測器中。應注意，本揭露提供之合成半導體影像感測器提供增加之設計靈活性及增加之放置靈活性。亦應注意，深度感測裝置包含經組態以自一第一波長範圍內(即，在近似700奈米至近似1毫米之一範圍內)之電磁輻射產生電訊號之一光感測元件。在一些實施例中，該光感測元件包含一半導體材料(諸如鍺)，因為鍺在第一波長範圍內具有較佳吸收。在以下描述中，包含含Ge光感測元件之一ToF感測器可被稱為一Ge ToF感測器，且包含含Ge光感測元件之一APD感測器可被稱為一Ge APD感測器。
在一些實施例中，影像擷取裝置可為一四電晶體CMOS影像感測器(4T CIS)、一單光子突崩二極體(SPAD)感測器或另一合適感測器。應注意，在半導體影像感測器中可根據不同產品需求採用此等影像擷取裝置。因此，本揭露之合成半導體影像感測器提供增加之設計靈活性及增加之放置靈活性。應注意，影像擷取裝置包含經組態以自一第二波長範圍內(即，在近似400奈米至近似1700奈米之一範圍內)之電磁輻射產生電訊號之一光感測元件。在一些實施例中，該光感測元件包含一半導體材料(諸如矽)，因為矽在第二波長範圍內具有較佳吸收。在以下描述中，包含含Si光感測元件之一CIS可被稱為一Si CIS，且包含含Si光感測元件之一SPAD感測器可被稱為一Si SPAD感測器。
圖1及圖2係分別繪示根據本揭露之態樣之一半導體影像感測器之示意圖。應注意，圖1及圖2中之相同元件係由相同元件符號描繪。在一些實施例中，半導體影像感測器100包含一基板110，基板110包含一前側110F及與前側110F相對之一背側110B。在一些實施例中，基板110可包含一半導體基板(諸如一磊晶矽基板)。基板110可至少包含一感測裝置。在一些實施例中，該感測裝置可為一深度感測裝置。此外，該深度感測裝置包含一光感測元件120。光感測元件120經放置以接收具有一預定波長之光。在一些實施例中，可操作感測裝置以感測入射光之NIR及/或SWIR，且因此光感測元件120可包含具有更大NIR/SWIR吸收之一鍺層122。在一些實施例中，深度感測裝置可為如圖1中所展示之一Ge ToF感測器或如圖2中所展示之一Ge APD感測器；然而，可根據不同產品需求採用其他合適感測器。
在一些實施例中，一互連結構130放置於基板110之前側110F上方。在一些實施例中，基板110可被描述為包括互連結構130。互連結構130包含堆疊於介電質層134內之複數個BEOL金屬化層132。此外，感測裝置之光感測元件120可藉由連接結構136電連接至互連結構130，但本揭露並不限於此。在一些實施例中，介電質層134可包含一低k介電材料(即，具有小於3.9之一介電常數之一介電質材料)或氧化物，但本揭露並不限於此。BEOL金屬化層132可包含一金屬(諸如Cu、W或Al)，但本揭露並不限於此。
半導體影像感測器100進一步包含一基板140，基板140具有一前側140F及與前側140F相對之一背側140B。基板140耦合及接合至基板110，其中基板140之前側140F面向基板110之背側110B。在一些實施例中，基板140至少包含一感測裝置。在一些實施例中，該感測裝置可為一影像擷取裝置。此外，該影像擷取裝置包含一光感測元件150。光感測元件150經放置以接收具有一預定波長之光。在一些實施例中，可操作感測裝置以感測可見光。應注意，光感測元件150包含不同於光感測元件120之半導體材料之一半導體材料。例如，光感測元件150可包含一矽層152。在一些實施例中，不同經摻雜區可形成於矽層152中，如藉由圖1中之虛線強調。因此，感測裝置可為一Si CIS，但本揭露並不限於此。此外，在此等實施例中，至少一電晶體154放置於基板140之前側140F上方。此外，電晶體154耦合至光感測元件150。在此等實施例中，電晶體154可放置於光感測元件150與基板110之背側110B之間。替代性地，電晶體154可放置於光感測元件150與光感測元件120之間。
參考圖1，在一些實施例中，半導體影像感測器100進一步包含複數個隔離結構156 (諸如深溝槽隔離(DTI)結構)，其等放置於基板140中以提供相鄰感測裝置之間的光學隔離，從而用作一基板隔離柵格且減少串擾。半導體影像感測器100進一步包含將電晶體154及光感測元件150電連接至互連結構130之一連接結構138。如圖1中所展示，連接結構138可穿透基板110以接觸電晶體154，但本揭露並不限於此。此外，在此等實施例中，包含一彩色濾光器及一微透鏡之一光學層可放置於基板140之背側140B上，但未展示。該彩色濾光器容許一預定義光譜之傳入電磁輻射通過。換言之，彩色濾光器被指派給對應色彩或波長之光，且經組態以濾除除經指派色彩或波長之光以外之所有光。例如，彩色濾光器可包含一紅色濾光器、一綠色濾光器或一藍色濾光器。
在一些實施例中，基板140可包含如圖2中所展示之一光學結構158。在一些實施例中，基板140中之光學結構158實質上與基板110中之光感測元件120對準，但本揭露並不限於此。
仍參考圖1及圖2，半導體影像感測器100進一步包含一基板160，基板160包含一前側160F及與前側160F相對之一背側160B。如上文提及，基板160可為一塊體半導體基板(諸如一塊體Si基板或一SOI基板)，但本揭露並不限於此。在一些實施例中，基板160包含讀出電路、影像訊號處理(ISP)電路及/或特定應用積體電路(ASIC)，但本揭露並不限於此。在一些實施例中，一互連結構170放置於基板160之前側160F上且電連接至此等電路。在一些實施例中，基板160可被描述為包括互連結構170。此外，基板160接合且耦合至基板110，其中基板160之前側160F面向基板110之前側110F。應注意，在一些實施例中，將基板110接合至基板160可藉由將互連結構130接合至互連結構170而達成。因此，在此等實施例中，互連結構130及互連結構170兩者放置於基板110與基板160之間。此外，互連結構130及互連結構170放置於基板110之前側110F與基板160之前側160F之間。如上文所提及，互連結構170包含堆疊於介電質層174內之複數個BEOL金屬化層172。如上文所提及，介電質層174可包含一低k介電材料(即，具有小於3.9之一介電常數之一介電質材料)或氧化物，但本揭露並不限於此。BEOL金屬化層172可包含一金屬(諸如Cu、W或Al)，但本揭露並不限於此。
在一些實施例中，半導體影像感測器100進一步包含由互連結構130及互連結構170形成之至少一個接合結構(未展示)。在一些實施例中，該接合結構包含一混合接合結構。例如但不限於此，接合結構可至少包含一金屬間接合介面、一金屬至介電質接合介面或一介電質間接合介面(未展示)。
如圖1及圖2中所展示，半導體影像感測器100係達到用於偵測廣範圍之光波長之多個目的之一合成影像感測器。半導體影像感測器100包含具有含Ge光感測元件120之深度感測裝置及具有含Si光感測元件150之影像擷取裝置。由於含Ge光感測元件120有利於NIR/SWIR吸收且含Si光感測元件150有利於可見光吸收，因此改良NIR/SWIR波長及可見光兩者中之量子效率(QE)。在一些實施例中，半導體影像感測器100係一雙層級半導體影像感測器。如圖1中所展示，包含具有含Ge光感測元件120之深度感測裝置之基板110放置於包含具有含Si光感測元件150之影像擷取裝置之基板140與可被稱為一ASIC基板之基板160之間。由於影像擷取裝置之光感測元件150與深度感測裝置之光感測元件120重疊，故NIR/SWIR解析度可增加至實質上與可見光解析度相同。應注意，半導體影像感測器100之深度感測裝置及影像擷取裝置兩者係自基板140之背側140B接收入射光之BSI感測器。因此，NIR/SWIR及可見光自基板140之背側140B進入光感測元件120及150，且因此定位於基板110之前側110F與基板160之前側160F之間的互連結構130及互連結構170不再定位於直接光路徑中。因此，可簡化互連結構130及170之BEOL佈線，因為直接光路徑並非互連結構130及170之一問題。此外，由於ASIC基板160堆疊於包含光感測元件120及150之基板110及140上方，故可獲得一光電二極體上覆裝置(DoF)結構，如圖1及圖2中所展示。半導體影像感測器100進一步減輕光子偵測效率(PDE)及抖動權衡問題。此外，基板110可根據不同產品需求包含一深度感測裝置，基板140可根據不同產品需求包含一影像擷取裝置，且基板160可根據不同產品需求包含不同積體電路，同時基板110、140及160之各者可經個別地設計及製造。因此，可進一步簡化半導體影像感測器100之設計及製造操作。
圖3係表示根據本揭露之態樣之用於形成一半導體影像感測器之一方法20的一流程圖。在一些實施例中，用於形成半導體影像感測器之方法20包含數個操作(201、202、203及204)。將根據一或多項實施例進一步描述用於形成半導體影像感測器之方法20。應注意，方法20之操作可在各項態樣之範疇內重新配置或以其他方式修改。應進一步注意，可在方法20之前、期間及之後提供額外製程，且一些其他製程可在本文中僅簡要描述。
圖4A至圖4E係繪示在根據本揭露之一或多項實施例之態樣之用於形成半導體影像感測器之方法20中之各個階段的示意圖。在一些實施例中，用於形成半導體影像感測器之方法20可用於形成半導體影像感測器100，但本揭露並不限於此。因此，圖1、圖2及圖4A至圖4E中之相同元件係由相同元件符號指示，且為簡潔起見省略此等元件之重複描述。
在操作201中，提供或接納一基板110，如圖4A中所展示。基板110包含一前側110F及與前側110F相對之一背側110B。在基板110中形成至少一第一感測裝置。如上文所提及，該第一感測裝置包含一光感測元件120，且光感測元件120包含適於吸收NIR及/或SWIR輻射之一半導體材料。在一些實施例中，光感測元件120包含一鍺層122 (如圖4A中所展示)，但本揭露並不限於此。
參考圖4A，在一些實施例中，包含鍺層122之光感測元件120可由以下操作形成：接納一矽層112，及在矽層112中形成一凹槽。可在該凹槽之一底部上方形成一鈍化層124-1，且可在鈍化層124-1上方及在凹槽之側壁上方形成一磊晶層126-1。在一些實施例中，鈍化層124-1可包含氧化鋁，但本揭露並不限於此。在一些實施例中，磊晶層126-1可為一p型磊晶矽層，但本揭露並不限於此。在一些實施例中，可在磊晶矽層126-1上方形成用作一緩衝層之一磊晶鍺層，但未展示。在一些實施例中，磊晶鍺層122形成於凹槽中。在一些實施例中，磊晶鍺層122與磊晶矽層126-1之間的緩衝層有助於減輕矽與鍺之間的晶格失配之一問題，使得磊晶鍺層122形成為適於吸收光子之一低缺陷磊晶層。在一些實施例中，可在磊晶鍺層122上方形成一磊晶矽層126-2。此外，可在磊晶鍺層122及磊晶矽層126-2中形成複數個經摻雜區以用於控制感測裝置。可在磊晶矽層126-2上方形成另一鈍化層124-2。在一些實施例中，可在基板110中形成複數個感測裝置，且該等感測裝置之各者包含如圖4A中所展示之一光感測元件120。此外，光感測元件120可藉由矽層112彼此分離，但本揭露並不限於此。
在一些實施例中，包含鍺層122之光感測元件120可由以下操作形成：接納一矽層112。一鈍化層124-1、一磊晶矽層126-1、一緩衝層125 (在圖6A中展示)、一磊晶鍺層122、一磊晶層126-2及另一鈍化層124-2可循序地形成於矽層112上方。可執行一圖案化操作以圖案化上述層以形成複數個島狀物(未展示)，且該等島狀物之各者包含上文提及之層。可在島狀物之間形成另一磊晶矽層或磊晶鍺層以便使島狀物彼此隔離。可在各島狀物中形成複數個經摻雜區使得可獲得複數個光感測元件120。在一些實施例中，此方法能夠提供更適於具有小於5微米之間距之像素之光感測元件120。
參考圖4A，在基板110之前側110F附近形成光感測元件120。在一些實施例中，可在基板110之前側110F上方形成一層間介電質(ILD)層128。基板110進一步包含放置於前側110F上方及ILD層128上方之一互連結構130。在一些實施例中，互連結構130包含堆疊於介電質層134內之複數個BEOL金屬化層132。此外，光感測元件120藉由連接結構136電連接至互連結構130。
在操作202中，可提供或接納一基板160，如圖4B中所展示。基板160包含一前側160F及與前側160F相對之一背側160B。在一些實施例中，基板160包含讀出電路、影像訊號處理(ISP)電路及/或特定應用積體電路(ASIC)，但本揭露並不限於此。在一些實施例中，一互連結構170放置於基板160之前側160F上方且電連接至電路。如上文所提及，互連結構170包含堆疊於介電質層174內之複數個BEOL金屬化層172。
參考圖4C，在操作203中，將互連結構130接合至互連結構170使得基板110接合至基板160。在一些實施例中，基板160可經翻轉使得基板160之前側160F面向基板110之前側110F。因此，第二互連結構170面向互連結構130。藉由將互連結構130接合至互連結構170，基板110接合至基板160。在一些實施例中，一接合結構可由互連結構130及170形成。在一些實施例中，該接合結構可為至少包含一金屬間介面及一介電質間介面之一混合接合結構。在一些實施例中，接合結構可包含一金屬至介電質介面。
在一些實施例中，在將基板110接合至基板160之後，可執行一薄化操作以自基板110之背側110B薄化基板110。因此，減小基板110之一厚度。應注意，在薄化操作之後，光感測元件120仍嵌入於矽層112中，如圖4C中所展示。
在一些實施例中，可形成穿透基板110之複數個連接結構138以連接至互連結構130，如圖4C中所展示。在一些實施例中，如圖4C中所展示，可翻轉經接合基板110及160以用於後續操作。
參考圖4D，提供或接納一基板140。基板140包含一前側140F及與前側140F相對之一背側140B。在一些實施例中，基板140至少包含放置於其中之一第二感測裝置。如上文所提及，該第二感測裝置可包含操作以感測入射光之可見光之一光感測元件150，且光感測元件150可包含不同於第一感測裝置之光感測元件120之半導體材料之一半導體材料。在一些實施例中，光感測元件120包含一矽層152，如圖4D中所展示。如上文所提及，在此等實施例中，至少一電晶體154可形成於基板140之前側140F上方且經組態以能夠讀出第二感測裝置。然而，在其他實施例中，基板140可包含如圖2中所展示之一光學結構158。在一些實施例中，可在基板140之前側140F上方形成一ILD層142。此外，可在ILD層142中形成耦合至電晶體154之一連接結構143。
在操作204中，將基板110接合至基板140，其中基板110之背側110B面向基板140之前側140F，如圖4E中所展示。此外，可將連接結構138連接至連接結構143。為簡化圖解，在圖2中未指示標記「143」，且連接結構138包含基板110中之連接結構及ILD層142中之連接結構兩者。因此，互連結構130及170係透過連接結構138電連接至基板140。此外，第一感測裝置之光感測元件120可與第二感測裝置之光感測元件150對準。在其他實施例中，第一感測裝置之光感測元件120可與光學結構158對準，如圖2中所展示。應注意，包含Ge磊晶層122之光感測元件120放置於基板160與基板140之間。
在一些實施例中，在將基板110接合至基板140之後，可執行另一薄化操作以自背側140B薄化基板140。因此，減小基板140之一厚度。如上文所提及，複數個隔離結構156 (諸如DTI結構)可放置於基板140中以提供相鄰光感測元件150之間的光學隔離，從而用作一基板隔離柵格且減少串擾。
在一些實施例中，可在基板140之背側140B上形成一光學結構。在一些實施例中，該光學結構可包含分別與光感測元件150及光感測元件120對準之一彩色濾光器及一微透鏡，但未展示。此外，可放置複數個低n結構(未展示)以圍繞彩色濾光器，且該等低n結構用作將光引導或反射至彩色濾光器之一光導。微透鏡(未展示)係用於將入射光聚焦至對應光感測元件150及120上。如上文所提及，彩色濾光器係被指派給對應色彩或波長之光，且因此微透鏡、彩色濾光器及第二感測裝置可為一RGB影像感測系統之一部分。
仍參考圖4E，因此，獲得包含影像擷取裝置(即，可見光感測裝置)及深度感測裝置(即，NIR/SWIR感測裝置)之一雙層級合成半導體影像感測器100。根據用於形成半導體影像感測器之方法20，可改良包含具有含Ge光感測元件120之深度感測裝置之基板110、包含具有含Si光感測元件150之影像擷取裝置之基板140及ASIC基板160之整合。
圖5係表示根據本揭露之態樣之用於形成一半導體影像感測器之一方法30的一流程圖。在一些實施例中，用於形成半導體影像感測器之方法30包含數個操作(301、302、303、304、305及306)。將根據一或多項實施例進一步描述用於形成半導體影像感測器之方法30。應注意，方法30之操作可在各項態樣之範疇內重新配置或以其他方式修改。應進一步注意，可在方法30之前、期間及之後提供額外製程，且一些其他製程可在本文中僅簡要描述。
圖6A至圖6F係繪示在根據本揭露之一或多項實施例之態樣之用於形成半導體影像感測器之方法30中之各個階段的示意圖。應注意，圖6A至圖6C係繪示一基板之一部分之示意圖。在一些實施例中，用於形成半導體影像感測器之方法30可用於形成半導體影像感測器100，但本揭露並不限於此。因此，圖1、圖2及圖6A至圖6F中之相同元件係由相同元件符號指示，且為簡潔起見省略此等元件之重複描述。
在操作301中，提供或接納一基板110，如圖6A中所展示。基板110包含一前側110F及與前側110F相對之一背側110B。在基板110中形成至少一第一感測裝置。如上文所提及，該第一感測裝置包含一光感測元件120，且光感測元件120包含適於吸收NIR及/或SWIR輻射之一半導體材料。在一些實施例中，光感測元件120包含一鍺層122 (如圖6A中所展示)，但本揭露並不限於此。
在一些實施例中，包含鍺層122之光感測元件120可由以下操作形成：接納一矽層112，及可在矽層112上方形成一第一磊晶層126-1及一第二磊晶層125。在一些實施例中，第一磊晶層126-1可為一p型矽磊晶層，且第二磊晶層125可為一磊晶鍺層，但本揭露並不限於此。在一些實施例中，第一磊晶層126-1及第二磊晶層125兩者用作緩衝層。在一些實施例中，在第二磊晶層125上方形成磊晶鍺層122。在此等實施例中，磊晶鍺層122與矽層112之間的緩衝層126-1及125有助於減輕矽與鍺之間的晶格失配之一問題，使得磊晶鍺層122形成為適於吸收光子之一低缺陷磊晶層。在一些實施例中，可在磊晶鍺層122上方形成一磊晶矽層126-2。此外，可在磊晶鍺層122及磊晶矽層126-2中形成複數個經摻雜區以用於控制感測裝置。可在磊晶矽層126-2上方形成一鈍化層124。在一些實施例中，在鈍化層124上方形成一個氧化物層127，如圖6A中所展示。在一些實施例中，可在形成鈍化層124之前形成經摻雜區。在一些實施例中，可在形成上述層之後執行一圖案化操作。因此，可獲得包含上述層且藉由溝槽彼此分離之島狀物(未展示)。在一些實施例中，可用介電質材料(未展示)填充溝槽使得島狀物藉由介電質材料彼此電隔離。在一些實施例中，各島狀物經定義以形成光感測元件120。
參考圖6B，在操作302中，將基板110翻轉並接合至一載體129，其中前側110F面向載體129。在一些實施例中，基板110可藉由真空接合接合至載體129，而氧化物層127用作一接合層，但本揭露並不限於此。
參考圖6C，在一些實施例中，自背側110B薄化基板110。在一些實施例中，可部分移除矽層112。然而，在其他實施例中，可完全移除矽層112使得磊晶矽層126-1暴露。
參考圖6D，在操作303中，翻轉基板110及載體129，且將基板110接合至一基板140。在一些實施例中，基板140包含一前側140F及與前側140F相對之一背側140B。基板110接合至基板140，其中基板110之背側110B面向基板140之前側140F，如圖6D中所展示。在一些實施例中，基板140至少包含放置於其中之一第二感測裝置。如上文所提及，該第二感測裝置可包含操作以感測入射光之可見光之一光感測元件150，且光感測元件150可包含不同於第一感測裝置之光感測元件120之半導體材料之一半導體材料。在一些實施例中，光感測元件150包含一矽層152，如圖6D中所展示。如上文所提及，在此等實施例中，至少一電晶體154可形成於基板140之前側140F上方且經組態以能夠讀出第二感測裝置。然而，在其他實施例中，基板140可包含如圖2中所展示之一光學結構158。在一些實施例中，可在基板140之前側140F上方形成一ILD層142。
參考圖6D，在一些實施例中，在將基板110接合至基板140之後，可在操作304中移除載體129及氧化物層127使得基板110之前側110F暴露。
參考圖6E，在暴露基板110之前側110F之後，可在基板110之前側110F上方形成一ILD層128，且形成穿透ILD層128之一第一連接結構136以耦合至光感測元件120。在一些實施例中，形成穿透ILD層128、基板110及ILD層142之一部分之一第二連接結構138以耦合至電晶體154。
在操作305中，在基板110之前側110F上形成一互連結構130。如上文所提及，互連結構130包含堆疊於介電質層134內之複數個BEOL金屬化層132。參考圖6E，光感測元件120藉由連接結構136電連接至互連結構130，而光感測元件150藉由連接結構138電連接至互連結構130。
參考圖6F，在操作306中，將基板110接合至一基板160。基板160包含一前側160F及與前側160F相對之一背側160B。在一些實施例中，基板160包含讀出電路、影像訊號處理(ISP)電路及/或特定應用積體電路(ASIC)，但本揭露並不限於此。在一些實施例中，一互連結構170放置於基板160之前側160F上且電連接至電路。如上文所提及，互連結構170包含堆疊於介電質層174內之複數個BEOL金屬化層172。
如圖6F中所展示，互連結構130經接合至互連結構170使得基板110接合至基板160。換言之，藉由將互連結構130接合至互連結構170，將基板110接合至基板160。在一些實施例中，一接合結構可由經接合之互連結構130及170形成。在一些實施例中，該接合結構可為至少包含一金屬間介面及一介電質間介面之一混合接合結構。在一些實施例中，接合結構可包含一金屬至介電質介面。
參考圖6F，在一些實施例中，在將基板110及基板160接合之後，可自基板140之背側140B薄化基板140。因此，減小基板140之一厚度。如上文所提及，複數個隔離結構156 (諸如DTI結構)可放置於基板140中以提供相鄰光感測元件150之間的光學隔離，從而用作一基板隔離柵格且減少串擾。此外，如上文所提及，可在基板140之背側140B上形成一光學結構。在一些實施例中，該光學結構可包含分別與光感測元件150及光感測元件120對準之一彩色濾光器及一微透鏡，但未展示。此外，可放置複數個低n結構(未展示)。如上文所提及，微透鏡(未展示)係用於將入射光聚焦至對應光感測元件150及120上。如上文所提及，彩色濾光器係被指派給對應色彩或波長之光，且因此微透鏡、彩色濾光器及第二感測裝置可為一RGB影像感測系統之一部分。
仍參考圖6F，因此，獲得包含影像擷取裝置(即，可見光感測裝置)及深度感測裝置(即，NIR/SWIR感測裝置)之一雙層級合成半導體影像感測器100。根據用於形成半導體影像感測器之方法30，可改良包含具有含Ge光感測元件120之深度感測裝置之基板110、包含具有含Si光感測元件150之影像擷取裝置之基板140及ASIC基板160之整合。
圖7係表示根據本揭露之態樣之用於形成一半導體影像感測器之一方法40的一流程圖。在一些實施例中，用於形成半導體影像感測器之方法40包含數個操作(401、402、403、404、405、406及407)。將根據一或多項實施例進一步描述用於形成半導體影像感測器之方法40。應注意，方法40之操作可在各項態樣之範疇內重新配置或以其他方式修改。應進一步注意，可在方法40之前、期間及之後提供額外製程，且一些其他製程可在本文中僅簡要描述。
圖8A至圖8E係繪示在根據本揭露之一或多項實施例之態樣之用於形成半導體影像感測器之方法40中之各個階段的示意圖。在一些實施例中，用於形成半導體影像感測器之方法40可用於形成半導體影像感測器100，但本揭露並不限於此。因此，圖1、圖2及圖8A至圖8E中之相同元件係由相同元件符號指示，且為簡潔起見省略此等元件之重複描述。
在操作401中，提供或接納一基板110，如圖8A中所展示。基板110包含一前側110F及與前側110F相對之一背側110B。在基板110中形成至少一第一感測裝置。如上文所提及，該第一感測裝置包含一光感測元件120，且光感測元件120包含適於吸收NIR及/或SWIR輻射之一半導體材料。在一些實施例中，光感測元件120包含一鍺層122 (如圖8A中所展示)，但本揭露並不限於此。
在一些實施例中，包含鍺層122之光感測元件120可由如上文所提及之操作形成；因此，為簡潔起見省略此等元件之重複描述。參考圖8A，在基板110之前側110F附近形成光感測元件120。在一些實施例中，可在基板110之前側110F上方形成一ILD層128。此外，可在ILD層128中形成耦合至光感測元件120之連接結構136。
參考圖8B，在操作402中，在基板110之前側110F上方及在ILD層128上方形成一互連結構130。在一些實施例中，互連結構130包含堆疊於介電質層134內之複數個BEOL金屬化層132。此外，光感測元件120藉由連接結構136電連接至互連結構130。
參考圖8C，在操作403中，將基板110翻轉並接合至一載體129，其中前側110F面向載體129。在操作404中，自背側110B薄化基板110。在一些實施例中，可部分移除矽層112。然而，在其他實施例中，可完全移除矽層112使得磊晶矽層暴露。在一些實施例中，可形成穿透基板110及ILD層128之一連接結構136以耦合至互連結構130。
參考圖8D，在操作405中，翻轉基板110及載體129，且將基板110接合至一基板140。基板140包含一前側140F及與前側140F相對之一背側140B。基板110接合至基板140，其中基板110之背側110B面向基板140之前側140F，如圖8D中所展示。在一些實施例中，基板140至少包含放置於其中之一第二感測裝置。如上文所提及，該第二感測裝置可包含操作以感測入射光之可見光之一光感測元件150，且光感測元件150可包含不同於第一感測裝置之光感測元件120之半導體材料之一半導體材料。在一些實施例中，光感測元件150包含一矽層152，如圖8D中所展示。如上文所提及，在此等實施例中，至少一電晶體154可形成於基板140之前側140F上方且經組態以能夠讀出第二感測裝置。然而，在其他實施例中，基板140可包含如圖2中所展示之一光學結構158。在一些實施例中，可在基板140之前側140F上方形成一ILD層142。此外，可在ILD層142中形成耦合至電晶體154之一連接結構。
參考圖8D，基板110經接合至基板140，其中基板110之背側110B面向基板140之前側140F。此外，可將基板110中之連接結構138接合至ILD層142中之連接結構，如圖8D中所展示。為簡化圖解，連接結構138包含基板110中之連接結構及ILD層142中之連接結構兩者。此外，第一感測裝置之光感測元件120可與第二感測裝置之光感測元件150對準。在其他實施例中，第一感測裝置之光感測元件120可與光學結構158對準，如圖2中所展示。
參考圖8E，在操作406中，在將基板110接合至基板140之後移除載體129。在操作407中，將基板110接合至一基板160。基板160包含一前側160F及與前側160F相對之一背側160B。在一些實施例中，基板160包含讀出電路、影像訊號處理(ISP)電路及/或特定應用積體電路(ASIC)，但本揭露並不限於此。在一些實施例中，一互連結構170放置於基板160之前側160F上且電連接至電路。如上文所提及，互連結構170包含堆疊於介電質層174內之複數個BEOL金屬化層172。
如圖8E中所展示，互連結構130經接合至互連結構170使得基板110接合至基板160。換言之，藉由將互連結構130接合至互連結構170，將基板110接合至基板160。在一些實施例中，一接合結構可由經接合之互連結構130及170形成。在一些實施例中，該接合結構可為至少包含一金屬間介面及一介電質間介面之一混合接合結構。在一些實施例中，接合結構可包含一金屬至介電質介面。
在一些實施例中，在將基板110接合至基板140之後，可執行另一薄化操作以自背側140B薄化基板140。因此，減小基板140之一厚度。如上文所提及，複數個隔離結構156 (諸如DTI結構)可放置於基板140中以提供相鄰光感測元件150之間的光學隔離，從而用作一基板隔離柵格且減少串擾。
在一些實施例中，可在基板140之背側140B上形成一光學結構。在一些實施例中，該光學結構可包含分別與光感測元件150及光感測元件120對準之一彩色濾光器及一微透鏡，但未展示。此外，可放置複數個低n結構(未展示)。如上文所提及，微透鏡(未展示)係用於將入射光聚焦至對應光感測元件150及120上。如上文所提及，彩色濾光器係被指派給對應色彩或波長之光，且因此微透鏡、彩色濾光器及第二感測裝置可為一RGB影像感測系統之一部分。
仍參考圖8E，因此，獲得包含影像擷取裝置(即，可見光感測裝置)及深度感測裝置(即，NIR/SWIR感測裝置)之一雙層級合成半導體影像感測器100。根據用於形成半導體影像感測器之方法40，可改良包含具有含Ge光感測元件120之深度感測裝置之基板110、包含具有含Si光感測元件150之影像擷取裝置之基板140及ASIC基板160之整合。
概括而言，本揭露提供一種包含一影像擷取裝置及一深度感測裝置之合成半導體影像感測器。在一些實施例中，該影像擷取裝置包含可見光感測裝置，而該深度感測裝置包含NIR/SWIR感測裝置。此外，可見光感測裝置使用確保對可見光之更大吸收之一第一半導體材料(諸如矽)，而NIR/SWIR感測裝置使用提供對NIR/SWIR輻射之更大吸收之一第二半導體材料(諸如鍺)。本揭露進一步提供用於形成半導體影像感測器之一方法，該方法改良影像擷取裝置與深度感測裝置之整合。
在一些實施例中，提供一種半導體影像感測器。該半導體影像感測器包含：一第一基板，其包含一第一前側及與該第一前側相對之一第一背側；一第二基板，其包含一第二前側及與該第二前側相對之一第二背側；一第三基板，其包含一第三前側及與該第三前側相對之一第三背側；及一第一互連結構及一第二互連結構。在一些實施例中，該第一基板包含包括一第一半導體材料之一層及在該層中之一第一光感測元件。在一些實施例中，該第一光感測元件包含不同於該第一半導體材料之一第二半導體材料。該第二基板接合至該第一基板，其中該第二基板之該第二前側面向該第一基板之該第一背側。該第三基板接合至該第一基板，其中該第三基板之該第三前側面向該第一基板之該第一前側。該第一互連結構及該第二互連結構放置於該第一基板之該第一前側與該第三基板之該第三前側之間。
在一些實施例中，提供一種用於形成一半導體影像感測器之方法。該方法包含以下操作。接納包含一第一前側及與該第一前側相對之一第一背側之一第一基板。該第一基板包含一第一光感測元件及放置於該第一基板之該第一前側上方之一第一互連結構。接納包含一第二前側及與該第二前側相對之一第二背側之一第二基板。該第二基板包含放置於該第二基板之該第二前側上方之一第二互連結構。接合該第一互連結構與該第二互連結構。將該第一基板接合至包含一第三前側及與該第三前側相對之一第三背側之一第三基板，其中該第一基板之該第一背側面向該第三基板之該第三前側。在一些實施例中，該第一光感測元件包含一第一半導體材料。
在一些實施例中，提供一種用於形成一半導體影像感測器之方法。該方法包含以下操作。接納包含一第一前側及與該第一前側相對之一第一背側之一第一基板。該第一基板包含一第一光感測元件。將該第一基板接合至包含一第二前側及與該第二前側相對之一第二背側之一第二基板，其中該第一基板之該第一背側面向該第二基板之該第二前側。將該第一基板接合至包含一第三前側及與該第三前側相對之一第三背側之一第三基板，其中該第一基板之該第一前側面向該第三基板之該第三前側。
前述內容概述若干項實施例之結構使得熟習此項技術者可較佳理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可易於使用本揭露作為設計或修改用於實行相同目的及/或實現本文中所介紹之實施例之相同優點之其他製程及結構的一基礎。熟習此項技術者亦應認識到，此等等效建構並未脫離本揭露之精神及範疇，且其等可在不脫離本揭露之精神及範疇的情況下在本文中做出各種改變、替代及變動。
20:方法 30:方法 40:方法 100:半導體影像感測器/雙層級合成半導體影像感測器 110:基板 110B:背側 110F:前側 112:矽層 120:光感測元件/含Ge光感測元件 122:鍺層/磊晶鍺層/Ge磊晶層 124:鈍化層 124-1:鈍化層 124-2:鈍化層 125:緩衝層/第二磊晶層 126-1:磊晶層/磊晶矽層/第一磊晶層/緩衝層 126-2:磊晶層/磊晶矽層 127:氧化物層 128:層間介電質(ILD)層 129:載體 130:互連結構 132:BEOL金屬化層 134:介電質層 136:連接結構 138:連接結構/第二連接結構 140:基板 140B:背側 140F:前側 142:層間介電質(ILD)層 143:連接結構 150:光感測元件/含Si光感測元件 152:矽層 154:電晶體 156:隔離結構 158:光學結構 160:基板/特定應用積體電路(ASIC)基板 160B:背側 160F:前側 170:互連結構/第二互連結構 172:BEOL金屬化層 174:介電質層 201:操作 202:操作 203:操作 204:操作 301:操作 302:操作 303:操作 304:操作 305:操作 306:操作 401:操作 402:操作 403:操作 404:操作 405:操作 406:操作 407:操作
當結合附圖閱讀時自以下詳細描述最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據業界中之標準實踐，各種構件未按比例繪製。事實上，為了清楚論述起見，可任意增大或減小各種構件之尺寸。
圖1係繪示根據本揭露之態樣之一半導體影像感測器之一示意圖。
圖2係繪示根據本揭露之態樣之一半導體影像感測器之一示意圖。
圖3展示表示根據本揭露之態樣之用於形成一半導體影像感測器之一方法的一流程圖。
圖4A至圖4E係在一或多項實施例中之根據本揭露之態樣建構之處於各種製造階段之一半導體影像感測器的示意圖。
圖5展示表示根據本揭露之態樣之用於形成一半導體影像感測器之一方法的一流程圖。
圖6A至圖6F係在一或多項實施例中之根據本揭露之態樣建構之處於各個製造階段之一半導體影像感測器的示意圖。
圖7展示表示根據本揭露之態樣之用於形成一半導體影像感測器之一方法的一流程圖。
圖8A至圖8E係在一或多項實施例中之根據本揭露之態樣建構之處於各個製造階段之一半導體影像感測器的示意圖。
100:半導體影像感測器/雙層級合成半導體影像感測器
110:基板
110B:背側
110F:前側
112:矽層
120:光感測元件/含Ge光感測元件
122:鍺層/磊晶鍺層/Ge磊晶層
130:互連結構
132:BEOL金屬化層
134:介電質層
136:連接結構
138:連接結構/第二連接結構
140:基板
140B:背側
140F:前側
158:光學結構
160:基板/特定應用積體電路(ASIC)基板
160B:背側
160F:前側
170:互連結構/第二互連結構
172:BEOL金屬化層
174:介電質層

Claims (20)

  1. 一種半導體影像感測器，其包括： 一第一基板，其包括一第一前側及與該第一前側相對之一第一背側，其中該第一基板包括包含一第一半導體材料之一層及在該層中之一第一光感測元件，且該第一光感測元件包含不同於該第一半導體材料之一第二半導體材料； 一第二基板，其包括一第二前側及與該第二前側相對之一第二背側，其中該第二基板接合至該第一基板使得該第二基板之該第二前側面向該第一基板之該第一背側； 一第三基板，其包括一第三前側及與該第三前側相對之一第三背側，其中該第三基板接合至該第一基板使得該第三基板之該第三前側面向該第一基板之該第一前側；及 一第一互連結構及一第二互連結構，其等在該第一基板之該第一前側與該第三基板之該第三前側之間。
  2. 如請求項1之半導體影像感測器，其中該第二基板進一步包括實質上與該第一光感測元件對準之一光學結構。
  3. 如請求項1之半導體影像感測器，其中該第二基板進一步包括一第二光感測元件，且該第二光感測元件包括一第一半導體材料。
  4. 如請求項3之半導體影像感測器，其中該第一半導體材料包括矽，且該第二半導體材料包括鍺。
  5. 如請求項3之半導體影像感測器，其進一步包括放置於該第二光感測元件與該第一基板之該第一背側之間的至少一電晶體。
  6. 如請求項3之半導體影像感測器，其進一步包括： 一第一連接結構，其將該第一光感測元件耦合至該第一互連結構；及 一第二連接結構，其將該第二光感測元件耦合至該第一互連結構。
  7. 一種用於形成一半導體影像感測器之方法，其包括： 接納包括一第一前側及與該第一前側相對之一第一背側之一第一基板，其中該第一基板包含一第一光感測元件，及放置於該第一基板之該第一前側上方之一第一互連結構； 接納包括一第二前側及與該第二前側相對之一第二背側之一第二基板，其中該第二基板包含放置於該第二基板之該第二前側上方之一第二互連結構； 將該第一互連結構接合至該第二互連結構；及 將該第一基板接合至包括一第三前側及與該第三前側相對之一第三背側之一第三基板，其中該第一基板之該第一背側面向該第三基板之該第三前側， 其中該第一光感測元件包括一第一半導體材料。
  8. 如請求項7之方法，其中該第三基板包括實質上與該第一光感測元件對準之一光學結構。
  9. 如請求項7之方法，其中該第三基板包括一第二光感測元件，且該第二光感測元件包括不同於該第一半導體材料之一第二半導體材料。
  10. 如請求項9之方法，其中該第一半導體材料包括鍺，且該第二半導體材料包括矽。
  11. 如請求項7之方法，其進一步包括在該第一互連結構至該第二互連結構之該接合之後，自該第一背側薄化該第一基板。
  12. 如請求項7之方法，其進一步包括在在該第一基板至該第三基板之該接合之後，自該第三背側薄化該第三基板。
  13. 一種用於形成一半導體影像感測器之方法，其包括： 接納包括一第一前側及與該第一前側相對之一第一背側之一第一基板，其中該第一基板包含一第一光感測元件； 將該第一基板接合至包括一第二前側及與該第二前側相對之一第二背側之一第二基板，其中該第一基板之該第一背側面向該第二基板之該第二前側；及 將該第一基板接合至包括一第三前側及與該第三前側相對之一第三背側之一第三基板，其中該第一基板之該第一前側面向該第三基板之該第三前側。
  14. 如請求項13之方法，其中該第三基板包括實質上與該第一光感測元件對準之一光學結構。
  15. 如請求項13之方法，其中該第三基板包括一第二光感測元件，且該第二光感測元件包括不同於第一半導體材料之一第二半導體材料。
  16. 如請求項15之方法，其中該第一半導體材料包括鍺，且該第二半導體材料包括矽。
  17. 如請求項13之方法，其中該第三基板包括一第一互連結構。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包括： 將該第一基板接合至一載體，其中該第一前側面向該載體； 自該第一背側薄化該第一基板； 將該第一基板接合至該第二基板； 移除該載體；及 在該第一基板之該第一前側上方形成一第二互連結構。
  19. 如請求項18之方法，其中藉由將該第一互連結構接合至該第二互連結構而接合該第一基板及該第三基板。
  20. 如請求項17之方法，其進一步包括： 在該第一基板之該第一前側上方形成一第二互連結構； 將該第一互連結構接合至一載體； 自該第一背側薄化該第一基板； 將該第一基板接合至該第二基板； 移除該載體；及 將該第一互連結構接合至該第二互連結構。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2259300B1 (en) * 2003-10-28 2020-04-08 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacture of semiconductor device
US8138502B2 (en) * 2005-08-05 2012-03-20 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Light-emitting device and manufacturing method thereof
US8692358B2 (en) * 2010-08-26 2014-04-08 Yu-Lung Huang Image sensor chip package and method for forming the same
EP3220627A4 (en) * 2014-11-10 2018-04-25 Nikon Corporation Light detection device, image-capturing device, and image-capturing element
TWI640929B (zh) * 2017-04-18 2018-11-11 Gingy Technology Inc. 指紋辨識方法以及指紋辨識裝置
JP7038494B2 (ja) * 2017-06-15 2022-03-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 固体撮像素子
KR102510520B1 (ko) * 2017-10-31 2023-03-15 삼성전자주식회사 이미지 센서
US11482556B2 (en) * 2019-02-15 2022-10-25 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Low-noise image sensor having stacked semiconductor substrates
US11335716B2 (en) * 2019-12-24 2022-05-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Photosensing pixel, image sensor and method of fabricating the same

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