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CN110828493B - 图像传感器 - Google Patents

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CN110828493B
CN110828493B CN201910503830.9A CN201910503830A CN110828493B CN 110828493 B CN110828493 B CN 110828493B CN 201910503830 A CN201910503830 A CN 201910503830A CN 110828493 B CN110828493 B CN 110828493B
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金宽植
金昶和
朴商秀
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Abstract

提供了一种图像传感器。所述图像传感器包括：衬底，包括与光入射的第二表面相对的第一表面；第一光电转换层，位于衬底中；包括多个布线层的布线结构，位于衬底的第一表面上；层间绝缘膜，位于衬底的第二表面上；电容器结构，位于层间绝缘膜中；以及第一布线，位于层间绝缘膜上。所述电容器结构包括依次堆叠在衬底的第二表面上的第一导电图案、介电图案和第二导电图案。第二导电图案连接到第一布线。

Description

图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年8月14日提交的韩国专利申请No.10-2018-0094843的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
发明构思涉及图像传感器及其制造方法。更具体地，发明构思涉及背照(BSI)式图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器可以将光学信息转换为电信号。这种图像传感器可以包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
近来，正在研究背照(BSI)式图像传感器，在背照(BSI)式图像传感器中，入射光辐射通过半导体衬底的背面并被光电转换，从而形成在图像传感器中的像素具有改善的光接收效率和灵敏度。
发明内容
发明构思的各方面提供了一种实现了大容量电容器并且提高了集成度的图像传感器。
发明构思的各方面还提供了一种用于制造图像传感器的方法，所述方法能够制造实现了大容量电容器并且提高了性能和集成度的图像传感器。
然而，发明构思的各方面不限于本文阐述的各方面。通过参考下面给出的发明构思的详细描述，发明构思的上述和其他方面对于发明构思所属领域的普通技术人员而言将变得更加显而易见。
根据发明构思的各方面，一种图像传感器包括：衬底，所述衬底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对并且被配置为被光入射；第一光电转换层，所述第一光电转换层位于所述衬底中；布线结构，所述布线结构位于所述衬底的所述第一表面上，所述布线结构包括多个布线层；层间绝缘膜，所述层间绝缘膜位于所述衬底的所述第二表面上；电容器结构，所述电容器结构位于所述层间绝缘膜中，所述电容器结构包括依次堆叠在所述衬底的所述第二表面上的第一导电图案、介电图案和第二导电图案；以及第一布线，所述第一布线位于所述层间绝缘膜上。所述第一布线连接到所述第二导电图案。
根据发明构思的各方面，一种图像传感器包括：衬底，所述衬底包括传感器阵列区域和外围电路区域，所述衬底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对并且被配置为被光入射；第一光电转换层，所述第一光电转换层位于所述传感器阵列区域中；滤色器，所述滤色器位于所述传感器阵列区域的所述衬底的所述第二表面上；电容器结构，所述电容器结构位于所述外围电路区域的所述衬底的所述第二表面上，所述电容器结构包括依次堆叠的第一导电图案、介电图案和第二导电图案；层间绝缘膜，所述层间绝缘膜覆盖所述滤色器和所述电容器结构；第一电极，所述第一电极在所述传感器阵列区域中沿着所述层间绝缘膜的上表面延伸；第二光电转换层，所述第二光电转换层位于所述第一电极上；以及第一布线，所述第一布线在所述外围电路区域中沿着所述层间绝缘膜的上表面延伸。所述第一布线连接到所述第二导电图案。
根据发明构思的各方面，一种图像传感器包括：衬底，所述衬底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对并且被配置为被光入射；第一光电转换层，所述第一光电转换层位于所述衬底中；电容器结构，所述电容器结构位于所述衬底的所述第二表面上，所述电容器结构包括依次堆叠的第一导电图案、介电图案和第二导电图案；层间绝缘膜，所述层间绝缘膜覆盖所述电容器结构；第一布线，所述第一布线沿着所述层间绝缘膜的上表面的一部分延伸，所述第一布线包括氧化铟锡(ITO)；以及第一接触，所述第一接触穿透所述层间绝缘膜并连接到所述第二导电图案和所述第一布线。所述图像传感器被配置为向所述第一导电图案和所述第二导电图案施加不同的电压。
根据发明构思的各方面，一种用于制造图像传感器的方法包括：在衬底中形成第一光电转换层，所述衬底包括第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面被配置为被光入射；在所述衬底的所述第一表面上形成布线结构，所述布线结构包括多个布线层；在所述衬底的所述第二表面上形成电容器结构，所述电容器结构包括依次堆叠的第一导电图案、介电图案和第二导电图案；形成覆盖所述电容器结构的层间绝缘膜；在所述层间绝缘膜中形成接触，所述接触穿透所述层间绝缘膜并连接到所述第二导电图案；以及在所述层间绝缘膜上形成布线，所述布线连接到所述接触。
附图说明
通过参照附图详细描述发明构思的示例实施例，发明构思的上述及其他方面和特征将变得更容易理解，其中：
图1是根据发明构思的一些实施例的图像传感器的框图；
图2是根据发明构思的一些实施例的图像传感器的单元像素区域的示例电路图；
图3是根据发明构思的一些实施例的图像传感器的示意性俯视图；
图4是用于说明图3的单元像素区域PU的布局图；
图5是沿着图3中的线A-A′和线B-B′截取的截面图；
图6是图5的R1的放大图；
图7是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图；
图8是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图；
图9是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图；
图10是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图；
图11是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的图；
图12是示出了根据发明构思的一些实施例的图像传感器的图；
图13是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图；
图14是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图；
图15是图14的R2的放大图；
图16至图23是用于说明根据发明构思的一些实施例的用于制造图像传感器的方法的中间阶段图。
具体实施方式
在下文中，将参照图1至图15描述根据发明构思的一些实施例的图像传感器。
图1是根据发明构思的一些实施例的图像传感器的框图。图2是根据发明构思的一些实施例的图像传感器的单元像素区域的示例电路图。
参照图1，根据一些实施例的图像传感器包括有源像素传感器阵列(APS)10、行译码器20、行驱动器30、列译码器40、定时发生器50、相关双采样器(CDS)60、模数转换器(ADS)70和I/O缓冲器80。
有源像素传感器阵列10包括二维布置的多个单元像素区域，并且可以将光信号转换为电信号。有源像素传感器阵列10可以由来自行驱动器30的多个驱动信号(例如，像素选择信号、复位信号和电荷转移信号)驱动。此外，可以将由有源像素传感器阵列10转换的电信号提供给相关双采样器60。
行驱动器30可以根据由行译码器20译码的结果向有源像素传感器阵列10提供用于驱动多个单元像素区域的多个驱动信号。当单元像素区域以矩阵形式布置时，可以为每行提供驱动信号。
定时发生器50可以向行译码器20和列译码器40提供定时信号和控制信号。
相关双采样器(CDS)60可以接收、保持和采样由有源像素传感器阵列10生成的电信号。相关双采样器60可以对由电信号获得的特定噪声电平和信号电平进行双重采样，并且可以输出与噪声电平和信号电平之间的差异相对应的差分电平。
模数转换器(ADC)70可以将与从相关双采样器60输出的差分电平相对应的模拟信号转换为数字信号并输出数字信号。
I/O缓冲器80锁存数字信号，并且锁存的信号可以根据来自列译码器40的译码结果将数字信号依次输出到视频信号处理单元(未示出)。
参照图2，根据一些实施例的图像传感器的单元像素区域PU可以包括第一光电转换元件PD、转移晶体管TG、浮置扩散区FD、第一复位晶体管RG、第一源极跟随器晶体管SF、第一选择晶体管SEL、第二光电转换元件OPD、存储节点区域SN、第二复位晶体管ORG、第二源极跟随器晶体管OSF和第二选择晶体管OSEL。
第一光电转换元件PD和第二光电转换元件OPD可以吸收光并产生与光的量相对应的电荷。第一光电转换元件PD和第二光电转换元件OPD可以包括例如光电二极管、光电晶体管、光栅极、钉扎光电二极管、有机光电二极管、量子点或它们的组合。
第一光电转换元件PD可以与将累积的电荷转移到浮置扩散区FD的转移晶体管TG耦接。由于浮置扩散区FD是将电荷转换为电压并具有寄生电容的区域，所以电荷可以累积存储在浮置扩散区FD中。
转移晶体管TG的一端可以连接到第一光电转换元件PD，并且转移晶体管TG的另一端可以连接到浮置扩散区FD。转移晶体管TG可以由MOS晶体管构成，MOS晶体管由期望的偏压和/或可选地预定的偏压(例如，转移信号TX)驱动。转移晶体管TG可以根据转移信号TX将第一光信号转移到浮置扩散区FD，该第一光信号是从第一光电转换元件PD产生的电荷。
第一源极跟随器晶体管SF可以放大浮置扩散区FD(在第一光电转换元件PD中累积的电荷转移到浮置扩散区FD)的电势的变化，并且可以将电势的变化输出到第一输出线VOUT1。当第一源极跟随器晶体管SF导通时，提供给第一源极跟随器晶体管SF的漏极的期望的电势和/或可选地预定的电势(例如，第一电源电压VDD1)可以转移到第一选择晶体管SEL的漏极区域。
第一选择晶体管SEL可以用于选择以行为单位读取的单元像素区域。第一选择晶体管SEL可以由MOS晶体管构成，MOS晶体管由施加期望的偏压和/或可选地预定的偏压(例如，第一行选择信号SX1)的选择线驱动。
第一复位晶体管RG可以定期地复位浮置扩散区FD。第一复位晶体管RG可以由MOS晶体管构成，MOS晶体管由施加期望的和/或可选地预定的偏压(例如，第一复位信号RX1)的复位线驱动。当第一复位晶体管RG由第一复位信号RX1导通时，提供给第一复位晶体管RG的漏极的期望的和/或可选地预定的电势(例如，第一电源电压VDD1)可以转移到浮置扩散区FD。
第二光电转换元件OPD可以与存储节点区域SN耦接。由于存储节点区域SN是将电荷转换为电压并具有寄生电容的区域，所以电荷可以累积存储在存储节点区域SN中。尽管第二光电转换元件OPD被示出为不与转移晶体管耦接，但发明构思不限于此。例如，第二光电转换元件OPD可以与转移累积电荷的转移晶体管耦接。
在一些实施例中，第一光电转换元件PD和第二光电转换元件OPD可以检测彼此不同的波长的光。例如，第一光电转换元件PD可以检测红光或蓝光，第二光电转换元件OPD可以检测绿光。在一些实施例中，第一光电转换元件PD可以包括半导体光电转换元件，第二光电转换元件可以包括有机光电转换元件。
第二源极跟随器晶体管OSF可以放大存储节点区域SN的电势的变化并将该变化输出到第二输出线VOUT2。当第二源极跟随器晶体管OSF导通时，提供给第二源极跟随器晶体管OSF的漏极的期望的电势和/或可选地预定的电势(例如，第二电源电压VDD2)可以转移到第二选择晶体管OSEL的漏极区域。
第二选择晶体管OSEL可以用于选择以行为单位读取的单元像素区域。第二选择晶体管OSEL可以由MOS晶体管构成，MOS晶体管由施加期望的和/或可选地预定的偏压(例如，第二行选择信号SX2)的选择线驱动。
第二复位晶体管ORG可以定期地复位存储节点区域SN。第二复位晶体管ORG可以由MOS晶体管构成，MOS晶体管由施加期望的和/或可选地预定的偏压(例如，第二复位信号RX2)的复位线驱动。当第二复位晶体管ORG由第二复位信号RX2导通时，提供给第二复位晶体管ORG的漏极的期望的电势和/或可选地预定的电势(例如，第二电源电压VDD2)可以转移到存储节点区域SN。
例如，转移信号TX、第一选择信号SX1、第一复位信号RX1、第二选择信号SX2和第二复位信号RX2可以例如从图1的行驱动器30输出。
图3是根据发明构思的一些实施例的图像传感器的示意性俯视图。图4是用于说明图3的单元像素区域PU的布局图。图5是沿着图3的线A-A′和线B-B′截取的截面图。图6是图5的R1的放大图。为了便于说明，将简要说明或省略参照图1和图2提供的描述的重复部分。
参照图3和图4，根据一些实施例的图像传感器可以包括传感器阵列区域I和外围电路区域II。为了便于说明，图4中未示出光电转换元件、晶体管、接触和布线。
传感器阵列区域I可以是例如其中形成有图1的有源像素传感器阵列10的区域。传感器阵列区域I的有源像素传感器阵列10可以包括多个单元像素区域。例如，传感器阵列区域I的有源像素传感器阵列10可以包括图2的单元像素区域PU。
外围电路区域II可以是例如其中形成有图1的相关双采样器60、模数转换器70等的区域。在图3中，外围电路区域II被示出为围绕传感器阵列区域I，但发明构思不限于此。
单元像素区域PU可以包括单元像素PR。在图4中，示出了在单元像素区域PU中设置了一个单元像素PR，但发明构思不限于此。例如，可以在单元像素区域PU中布置多个单元像素PR。
参照图3至图6，根据一些实施例的图像传感器包括衬底100、第一光电转换层110、阱杂质层120、第一元件隔离膜132、第二元件隔离膜134、存储节点区域140(例如，图2的SN)、布线结构200、抗反射膜150、第一层间绝缘膜300、滤色器310、第一电极412、第二光电转换层420、第二电极430、微透镜450、电容器结构320、第一布线414和第二层间绝缘膜400。
衬底100可以包括彼此相对的第一表面100a和第二表面100b。衬底100的第二表面100b可以是光入射的表面。衬底100可以是例如体硅或绝缘体上硅(SOI)。或者，衬底100可以是硅衬底，或者可以包括诸如硅锗、锑化铟、铅碲化合物、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓的其他材料。或者，衬底100可以具有在基础衬底上形成的外延层。
第一光电转换层110可以形成在衬底100中。第一光电转换层110可以产生与从外部入射的光的量成比例的光电荷。即，第一光电转换层110可以接收光并将光信号转换为电信号。第一光电转换层110可以对应于图2的第一光电转换元件PD。在一些实施例中，第一光电转换层110可以包括半导体光电转换元件。
第一光电转换层110可以通过将杂质掺杂到衬底100中来形成。例如，可以通过将n型杂质注入到衬底100中来形成第一光电转换层110。此外，第一光电转换层110可以在第一光电转换层110的上部和下部之间具有杂质浓度差，以具有电势梯度。例如，第一光电转换层110可以以多个杂质区域相堆叠的形式形成。
为了便于说明，未示出连接到第一光电转换层110以处理电信号的各种晶体管。然而，衬底100的部分区域可以用于设置用于处理从第一光电转换层110产生的电信号的各种晶体管。例如，单元像素PR的部分可以用于设置用于处理从第一光电转换层110产生的电信号的转移晶体管TG、第一复位晶体管RG、第一源极跟随器晶体管SF或第一选择晶体管。
阱杂质层120可以与第一光电转换层110相邻形成。例如，阱杂质层120可以形成在第一表面110a下方的衬底100中。可以通过将导电类型与第一光电转换层110的导电类型相反的杂质掺杂到衬底100中来形成阱杂质层120。例如，可以通过注入p型杂质来形成阱杂质层120。
第一元件隔离膜132可以在单元像素区域PU中限定单元像素PR。即，单元像素PR可以由第一元件隔离膜132限定。此外，第一元件隔离膜132可以形成为围绕单元像素PR。
第一元件隔离膜132可以通过在通过图案化衬底100所形成的深沟槽中嵌入绝缘材料来形成。例如，第一元件隔离膜132可以形成为从第二表面100b延伸到第一表面100a。根据图案化工艺，第一元件隔离膜132可以为宽度在从第二表面100b到第一表面100a的方向上变化的形状。
在一些实施例中，第一元件隔离膜132可以包括折射率低于衬底100的折射率的绝缘材料。例如，当衬底100由硅形成时，第一元件隔离膜132可以由氧化硅膜、氮化硅膜、未掺杂的多晶硅膜、空气和它们的组合形成。因此，第一元件隔离膜132可以通过全内反射来反射倾斜地入射在第一光电转换层110上的入射光。此外，第一元件隔离膜132可以限制和/或防止由入射光在特定像素处产生的光电荷由于随机漂移而移动到相邻的像素区域。即，第一元件隔离膜132可以改善第一光电转换层110的光接收率，并且改善图像数据的质量。
第二元件隔离膜134可以在单元像素PR中限定有源区域。例如，第二元件隔离膜134可以形成在第一表面100a下方的衬底100中。此外，第二元件隔离膜134可以形成在阱杂质层120中。因此，第二元件隔离膜134可以将阱杂质层120的未形成第二元件隔离膜134的区域限定为有源区域。
例如，第二元件隔离膜134可以在阱杂质层120中限定诸如存储节点区域140的有源区域。存储节点区域140可以通过掺杂导电类型与阱杂质层120的导电类型相反的杂质来形成。例如，可以通过n型杂质的离子注入来形成存储节点区域140。存储节点区域140连接到第二光电转换层420并且可以存储从第二光电转换层420产生的电信号。
第二元件隔离膜134可以通过在通过图案化衬底100所形成的浅沟槽中嵌入绝缘材料来形成。形成第二元件隔离膜134的深度可以比形成第一元件隔离膜132的深度浅。
布线结构200可以形成在衬底100的第一表面100a上。布线结构200可以包括多个绝缘层。例如，布线结构200可以包括依次堆叠在衬底100的第一表面100a上的第一绝缘层210、第二绝缘层220和第三绝缘层230。第一绝缘层210、第二绝缘层220和第三绝缘层230可以包括例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和介电常数低于氧化硅的介电常数的低k材料中的至少一种。
布线结构200可以包括多个布线层。例如，布线结构200可以包括在第二绝缘层220中形成的第一布线层225和在第三绝缘层230中形成的第二布线层235。
抗反射膜150可以形成在衬底100的第二表面100b上。抗反射膜150可以限制和/或防止从衬底100的第二表面100b入射到衬底100内部的光的反射。在一些实施例中，抗反射膜150可以形成在传感器阵列区域I的衬底100和外围电路区域II的衬底100上。
抗反射膜150被示出为沿着衬底100的第二表面100b共形地形成，但发明构思不限于此。例如，抗反射膜150可以以包裹滤色器310的下表面和侧壁的形式形成。另外，尽管抗反射膜150被示出为单个膜，但抗反射膜150可以由多个膜组成。在一些实施例中，可以省略抗反射膜150。
第一层间绝缘膜300可以形成在衬底100的第二表面100b上。例如，第一层间绝缘膜300可以形成为覆盖抗反射膜150的上表面。第一层间绝缘膜300可以形成在传感器阵列区域I的衬底100和外围电路区域II的衬底100上。
第一层间绝缘膜300可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和介电常数低于氧化硅的介电常数的低k材料中的至少一种。低k材料可以包括但不限于例如FOX(可流动氧化物)、TOSZ(东燃硅氮烷，Torene SilaZene)、USG(未掺杂的硅玻璃)、BSG(硼硅玻璃)、PSG(磷硅玻璃)、BPSG(硼磷硅玻璃)、PETEOS(等离子体增强的四乙基正硅酸盐)、FSG(氟硅酸盐玻璃)、CDO(碳掺杂的氧化硅)、干凝胶、气凝胶、非晶氟化碳、OSG(有机硅酸盐玻璃)、聚对二甲苯(Parylene)、BCB(双-苯并环丁烯)、SiLK、聚酰亚胺、多孔聚合材料和它们的组合中的至少一种。
滤色器310可以形成在传感器阵列区域I的衬底100的第二表面100b上。滤色器310可以形成在第一层间绝缘膜300中。例如，传感器阵列区域I的第一层间绝缘膜300可以覆盖滤色器310。
在一些实施例中，滤色器310可以包括红色滤色器或蓝色滤色器。然而，发明构思不限于此，滤色器310可以包括绿色滤色器、黄色滤色器、品红色滤色器、蓝绿色滤色器或白色滤色器之中的一种滤色器。
第一电极412可以形成在传感器阵列区域I的第一层间绝缘膜300上。例如，第一电极412可以沿着传感器阵列区域I的第一层间绝缘膜300的上表面的一部分延伸。
第一电极412可以包括透明导电材料。例如，第一电极412可以包括ITO(氧化铟锡)、ZnO(氧化锌)、SnO2(二氧化锡)、ATO(掺杂锑的氧化锡)、AZO(掺杂铝的氧化锌)、GZO(掺杂镓的氧化锌)、TiO2(二氧化钛)、FTO(掺杂氟的氧化锡)和它们的组合中的至少一种。在下文中，第一电极412被示出为包括ITO。
第二光电转换层420可以形成在第一电极412上。例如，第二光电转换层420可以沿着第一电极412的上表面延伸。第二光电转换层420可以产生与从外部入射的光的量成比例的光电荷。即，第二光电转换层420可以接收光并且可以将光信号转换为电信号。第二光电转换层420可以对应于图2的第二光电转换元件OPD。在一些实施例中，第二光电转换层420可以包括有机光电转换元件。
尽管第二光电转换层420被示出为比第一电极412延伸更长，但发明构思不限于此。例如，第二光电转换层420可以根据需要仅沿着第一电极412的上表面延伸。
在一些实施例中，第二光电转换层420可以检测绿光。例如，从外部入射的光之中的具有绿色波长的光可以被第二光电转换层420吸收。因此，第二光电转换层420可以提供绿光的电信号。除了绿光之外的其他波长的光可以穿过第二光电转换层420。
另外，在一些实施例中，第一光电转换层110可以检测红光或蓝光。例如，已经穿过第二光电转换层420的光穿过滤色器310，并且可以向第一光电转换层110提供红光或蓝光。因此，第一光电转换层110可以提供红光或蓝光的电信号。
第二电极430可以形成在第二光电转换层420上。例如，第二电极430可以沿着第二光电转换层420的上表面延伸。因此，第二光电转换层420可以布置在第一电极412和第二电极430之间。可以将不同电平的电压施加到第一电极412和第二电极430。例如，可以将彼此不同电平的电压施加到第一电极412和第二电极430，使得从第二光电转换层420产生的电信号面向第二电极。
尽管第二电极430被示出为比第一电极412延伸更长，但发明构思不限于此。例如，如果需要，第二电极430也可以仅沿着第一电极412的上表面延伸。
第二电极430可以包括透明导电材料。例如，第二电极430可以包括ITO(氧化铟锡)、ZnO(氧化锌)、SnO2(二氧化锡)、ATO(掺杂锑的氧化锡)、AZO(掺杂铝的氧化锌)、GZO(掺杂镓的氧化锌)、TiO2(二氧化钛)、FTO(掺杂氟的氧化锡)和它们的组合中的至少一种。第二电极430可以包括与第一电极412相同的材料，或者可以包括与第一电极412不同的材料。在下文中，第二电极430被示出为包括ITO。
微透镜450可以形成在第二电极430上。微透镜450具有凸形形状并且可以具有期望的曲率半径和/或可选地预定的曲率半径。因此，微透镜450可以会聚入射在传感器阵列区域I上的光。
微透镜450可以包括但不限于例如有机材料，例如透光树脂。
根据一些实施例的图像传感器还可以包括布置在第二电极430和微透镜450之间的保护层440。保护层440可以包括透明绝缘材料。保护层440可以包括例如氧化硅或金属氧化物。
根据一些实施例的图像传感器还可以包括位于传感器阵列区域I的衬底100中的第一穿透通路160a。
第一穿透通路160a可以穿透衬底100并且将第一电极412和存储节点区域140电连接。例如，第一穿透通路160a可以通过穿透第一层间绝缘膜300的第一接触331电连接到第一电极412。此外，例如，第一穿透通路160a可以通过穿透第一绝缘层210的第二接触240和位于第二绝缘层220中的第一布线层225电连接到衬底100中的存储节点区域140。因此，从第二光电转换层420产生的电信号可以存储在存储节点区域140中。
在一些实施例中，第一接触331的宽度可以随着第一接触331远离衬底100的第二表面100b而增加。另外，在一些实施例中，第二接触240的宽度可以随着第二接触240远离衬底100的第一表面100a而增加。这可以归因于例如用于形成第一接触331和第二接触240的蚀刻工艺的特性。
在图5中，第一穿透通路160a被示出为穿透抗反射膜150，但发明构思不限于此。例如，抗反射膜150可以覆盖第一穿透通路160a的上表面的一部分，第一接触331穿透抗反射膜150并且可以连接到第一穿透通路160a。
在一些实施例中，第一穿透通路160a可以包括穿透导体162和穿透绝缘体164。第一穿透通路160a的穿透导体162穿透衬底100并且可以从第一表面100a延伸到第二表面100b。第一穿透通路160a的穿透绝缘体164可以覆盖穿透导体162的侧壁，以使衬底100与穿透导体162绝缘。
电容器结构320可以形成在衬底100的第二表面100b上。电容器结构320可以形成在第一层间绝缘膜300中。例如，第一层间绝缘膜300可以覆盖电容器结构320。
在一些实施例中，电容器结构320可以形成在外围电路区域II的第一层间绝缘膜300中。然而，发明构思不限于此，电容器结构320可以形成在传感器阵列区域I的第一层间绝缘膜300中。
电容器结构320可以包括依次堆叠在衬底100的第二表面100b上的第一导电图案322、介电图案324和第二导电图案326。可以将彼此大小不同的电压施加到第一导电图案322和第二导电图案326。电容器结构320可以利用在第一导电图案322和第二导电图案326之间产生的电势差将电荷存储在介电图案324中。
第一导电图案322可以形成在衬底100的第二表面100b上。例如，第一导电图案322可以沿着抗反射膜150的上表面延伸。第一导电图案322可以包括但不限于例如钨(W)。
介电图案324可以形成在第一导电图案322上。介电图案324可以例如沿着第一导电图案322的上表面延伸。介电图案324可以包括但不限于例如氮化硅、氧化硅和它们的组合中的至少一种。例如，介电图案324还可以包括介电常数高于氧化硅的介电常数的高k材料。
第二导电图案326可以形成在介电图案324上。第二导电图案326例如可以沿着介电图案324的上表面延伸。因此，介电图案324可以布置在第一导电图案322和第二导电图案326之间。第二导电图案326可以包括例如氮化钛(TiN)，但不限于此。
在一些实施例中，介电图案324和第二导电图案326可以暴露第一导电图案322的上表面的一部分。例如，如图6所示，电容器结构320可以包括暴露第一导电图案322的上表面的一部分的第一沟槽TR1。在一些实施例中，第一沟槽TR1可以形成在电容器结构320的一端。
因此，第一导电图案322可以包括与第二导电图案326交叠的第一部分322a和不与第二导电图案326交叠的第二部分322b。这里，术语“交叠”表示在垂直于衬底100的第二表面100b的方向上的交叠。在一些实施例中，第一导电图案322的第一部分322a可以与介电图案324交叠，并且第一导电图案322的第二部分322b可以不与介电图案324交叠。
在一些实施例中，第一导电图案322的第一部分322a的第一厚度TH1可以不同于第一导电图案322的第二部分322b的第二厚度TH2。例如，第二厚度TH2可以小于第一厚度TH1。这可以归因于用于形成第一沟槽TR1的蚀刻工艺的特性。稍后将参照图18对此进行详细描述。
第一布线414可以形成在第一层间绝缘膜300上。第一布线414可以与第一电极412间隔开。例如，第一电极412可以沿着外围电路区域II的第一层间绝缘膜300的上表面的一部分延伸。
第一布线414可以连接到电容器结构320的第二导电图案326。例如，第一布线414可以通过穿透第一层间绝缘膜300的第三接触332电连接到第二导电图案326。
根据一些实施例的图像传感器还可以包括位于衬底100中的第二穿透通路160b。第二穿透通路160b可以形成在例如外围电路区域II的衬底100中。
第二穿透通路160b穿透衬底100并且可以将第一布线414和布线结构200电连接。例如，第二穿透通路160b可以通过穿透第一层间绝缘膜300的第四接触333电连接到第一布线414。因此，第二导电图案326可以电连接到位于传感器阵列区域I的第一表面100a上的电路元件等。
在一些实施例中，第一布线414可以形成在与第一电极412相同的层。在本说明书中，表述“形成在相同的层”表示由相同的制造工艺提供的形成。例如，第一布线414的材料构型和第一电极412的材料构型可以基本相同。例如，第一布线414可以包括与第一电极412基本相同的ITO。另外，在一些实施例中，第一布线414的厚度可以与第一电极412的厚度基本相同。
根据一些实施例的图像传感器还可以包括形成在第一层间绝缘膜300上的第二布线416。第二布线416可以与第一电极412和第一布线414间隔开。例如，第二布线416可以在外围电路区域II中沿着第一层间绝缘膜300的上表面的另一部分延伸。
第二布线416可以连接到电容器结构320的第一导电图案322。例如，第二布线416可以通过穿过第一层间绝缘膜300的第五接触334电连接到第一导电图案322。在一些实施例中，第五接触334可以电连接到第一导电图案322的第二部分322b。
根据一些实施例的图像传感器还可以包括位于衬底100中的第三穿透通路160c。第三穿透通路160c可以形成在例如外围电路区域II的衬底100中。第三穿透通路160c可以与第二穿透通路160b间隔开。
第三穿透通路160c穿透衬底100并且可以将第二布线416和布线结构200电连接。例如，第三穿透通路160c可以通过穿透第一层间绝缘膜300的第六接触335电连接到第二布线416。因此，第一导电图案322可以电连接到位于传感器阵列区域I的第一表面100a上的电路元件等。
在一些实施例中，第二布线416可以形成在与第一电极412和第一布线414相同的层。例如，第二布线416的材料构型、第一电极412的材料构型和第一布线414的材料构型可以基本相同。例如，第二布线416可以包括与第一电极412和第一布线414的ITO基本相同的ITO。另外，在一些实施例中，第二布线416的厚度可以与第一电极412的厚度和第一布线414的厚度基本相同。
在一些实施例中，第三至第六接触332、333、334、335的宽度可以随着第三至第六接触远离衬底100的第二表面100b而增加。这可以归因于例如用于形成第三至第六接触332、333、334、335的蚀刻工艺的特征。
第二层间绝缘膜400可以形成在第一层间绝缘膜300上。第二层间绝缘膜400可以形成为覆盖第一布线414和第二布线416。在一些实施例中，第二层间绝缘膜400的上表面可以设置在与第二电极430的上表面基本相同的平面上。
第二层间绝缘膜400可以包括与第一层间绝缘膜300相同的材料，或者可以包括与第一层间绝缘膜300不同的材料。
根据一些实施例的图像传感器可以利用设置在衬底100的光入射在其上的第二表面100b上的电容器结构320来实现大容量电容器。另外，由于电容器结构320可以形成在传感器阵列区域I的空白空间中和/或外围电路区域II的空白空间中，因此能够改善根据一些实施例的图像传感器的集成度。
图7是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图。为了便于说明，将简要描述或省略参照图1至图6提供的描述的重复部分。
参照图7，在根据一些实施例的图像传感器中，第一导电图案322的第一部分322a的第一厚度TH1与第一导电图案322的第二部分322b的第二厚度TH2基本相同。
例如，在形成第一沟槽TR1的工艺中，可以蚀刻第二导电图案326和介电图案324，但是可以不蚀刻第一导电图案322。
图8是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图。为了便于说明，将简要描述或省略参照图1至图6提供的描述的重复部分。
参照图8，在根据一些实施例的图像传感器中，第二导电图案326暴露介电图案324的上表面的一部分。
例如，第一沟槽TR1可以暴露介电图案324的上表面的一部分。因此，介电图案324可以包括与第二导电图案326交叠的第三部分324a和不与第二导电图案326交叠的第四部分324b。这里，术语“交叠”表示在垂直于衬底100的第二表面100b的方向上的交叠。在一些实施例中，第一导电图案322的第二部分322b可以与介电图案324的第四部分324b交叠。
在一些实施例中，第五接触334穿透第一层间绝缘膜300和介电图案324，并且可以将第一导电图案322的第二部分322b和第二布线416电连接。
图9是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图。为了便于说明，将简要描述或省略参照图1至图6提供的描述的重复部分。
参照图9，在根据一些实施例的图像传感器中，第一沟槽TR1可以形成在电容器结构320的中部中。
例如，第一沟槽TR1可以暴露第一导电图案322的中部的上表面的一部分。在一些实施例中，第五接触334可以连接到由第一沟槽TR1暴露的第一导电图案322的中部的上表面的一部分。
图10是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图。为了便于说明，将简要描述或省略参照图1至图6提供的描述的重复部分。
参照图10，根据一些实施例的图像传感器还包括第三导电图案340。
第三导电图案340可以形成在衬底100的第二表面100b上。第三导电图案340可以例如沿着抗反射膜150的上表面延伸。第三导电图案340可以与第一导电图案322间隔开。
第三导电图案340可以沿着衬底100的第二表面100b延伸很长。在一些实施例中，第三导电图案340可以沿着衬底100的第二表面100b从外围电路区域II延伸到传感器阵列区域I。因此，第二导电图案326可以电连接到位于衬底100的第二表面100b上的电路元件等。
在一些实施例中，第三导电图案340可以形成在与第一导电图案322相同的层。例如，第三导电图案340的材料构型可以与第一导电图案322的材料构型基本相同。例如，第三导电图案340可以包括与第一导电图案322基本相同的钨(W)。
在一些实施例中，第三导电图案340的第三厚度TH3可以不同于第一导电图案322的第一部分322a的第一厚度TH1。例如，第三厚度TH3可以小于第一厚度TH1。
在一些实施例中，第三厚度TH3可以与第二厚度TH2基本相同。例如，第三导电图案340可以形成在与第一导电图案322的第二部分322b相同的层。
图11是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的示意图。为了便于说明，将简要描述或省略参照图1至图6提供的描述的重复部分。
参照图11，在根据一些实施例的图像传感器中，第一导电图案322沿着衬底100的第二表面100b延伸很长。
例如，第一导电图案322未连接到第二布线(图6的416)，而是可以沿着衬底100的第二表面100b延伸很长。在一些实施例中，第一导电图案322的第二部分322b可以从外围电路区域II延伸到传感器阵列区域I。因此，第一导电图案322可以电连接到位于衬底100的第二表面100b上的电路元件等。
图12是示出了根据发明构思的一些实施例的图像传感器的示意图。为了便于说明，将简要说明或省略参照图1至图6、图10和图11提供的描述的重复部分。
参照图12，在根据一些实施例的图像传感器中，第一导电图案322和第三导电图案340沿着衬底100的第二表面100b延伸很长。
尽管第一导电图案322被示出为在远离传感器阵列区域I的方向上延伸，但发明构思不限于此。例如，第一导电图案322可以从外围电路区域II延伸到传感器阵列区域I。因此，第一导电图案322和第三导电图案340可以电连接到位于衬底100的第二表面100b上的电路元件等。
图13是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图。为了便于说明，将简要描述或省略参照图1至图6提供的描述的重复部分。
参照图13，在根据一些实施例的图像传感器中，第一导电图案322直接连接到第三穿透通路160c。
例如，第一导电图案322的底表面的一部分可以与第三穿透通路160c的上表面的一部分直接接触。因此，第一导电图案322可以电连接到位于衬底100的第一表面100a上的电路元件等。
图14是用于说明根据发明构思的一些实施例的图像传感器的视图。图15是图14的R2的放大图。为了便于说明，将简要描述或省略参照图1至图6提供的描述的重复部分。
参照图14和图15，第一电极412填充第二沟槽TR2，第一布线414填充第三沟槽TR3，第二布线416填充第四沟槽TR4。
第二至第四沟槽TR2、TR3、TR4可以形成在第一层间绝缘膜300中。第二沟槽TR2可以形成在传感器阵列区域I的第一层间绝缘膜300中。在一些实施例中，第三沟槽TR3和第四沟槽TR4可以形成在外围电路区域II的第一层间绝缘膜300中。
在一些实施例中，第二至第四沟槽TR2、TR3、TR4可以形成在相同的层。例如，第二至第四沟槽TR2、TR3、TR4的深度可以基本相同。
在一些实施例中，第一电极412的上表面、第一布线414的上表面和第二布线416的上表面可以与第一层间绝缘膜300的最上表面布置在基本相同的平面上。例如，在形成填充第二至第四沟槽TR2、TR3、TR4的导电膜之后，执行平坦化工艺，并且可以形成第一电极412、第一布线414和第二布线416。
图16至图23是用于说明根据发明构思的一些实施例的用于制造图像传感器的方法的中间阶段图。为了便于说明，将简要描述或省略参照图1至图15提供的描述的重复部分。
参照图16，在衬底100的第一表面100a上形成布线结构200。
首先，可以提供其上形成有第一光电转换层110、阱杂质层120、第一元件隔离膜132和第二元件隔离膜134的衬底100。在一些实施例中，可以在衬底100中形成第一穿透通路160a、第二穿透通路160b和第三穿透通路160c。
随后，可以在衬底100的第一表面100a上形成布线结构200。在一些实施例中，布线结构200可以包括多个绝缘层210、220、230，多条布线225、235和第二接触240。
参照图17，形成依次堆叠在衬底100的第二表面100b上的第一导电膜321、介电膜323和第二导电膜325。
例如，第一导电膜321可以形成为沿着抗反射膜150的上表面延伸。介电膜323可以形成在第一导电膜321上。第二导电膜325可以形成在介电膜323上。
在一些实施例中，第一导电膜321、介电膜323和第二导电膜325可以形成在传感器阵列区域I和外围电路区域II上方。在一些实施例中，第一导电膜321可以包括钨(W)，介电膜323可以包括氮化硅或氧化硅，第二导电膜325可以包括氮化钛(TiN)。
参照图18，将介电膜323和第二导电膜325图案化以暴露第一导电膜321的上表面的一部分。
例如，可以在第二导电膜325上形成暴露第二导电膜325的上表面的一部分的第一掩模图案510。随后，可以执行使用第一掩模图案510为蚀刻掩模的第一蚀刻工艺。可以执行第一蚀刻工艺，直到暴露第一导电膜321。因此，可以形成暴露第一导电膜321的上表面的一部分的第一沟槽TR1。在形成第一沟槽TR1之后，可以去除第一掩模图案510。
在一些实施例中，第一蚀刻工艺不仅可以蚀刻介电膜323和第二导电膜325，还可以蚀刻第一导电膜321的一部分。
参照图19，将第一导电膜321、介电膜323和第二导电膜325图案化以形成电容器结构320。
例如，可以在第二导电膜325上形成暴露第二导电膜325的上表面的一部分的第二掩模图案520。随后，可以执行使用第二掩模图案520为蚀刻掩模的第二蚀刻工艺。例如，可以执行第二蚀刻工艺，直到暴露抗反射膜150。因此，可以形成包括第一导电图案322、介电图案324和第二导电图案326的电容器结构320。在形成电容器结构320之后，可以去除第二掩模图案520。
在一些实施例中，第二掩模图案520可以覆盖第一沟槽TR1的底表面的至少一部分。因此，可以形成包括第一导电图案322的电容器结构320，其中，第一导电图案322的上表面的一部分被暴露。在一些实施例中，电容器结构320可以形成在外围电路区域II上。
参照图20，形成覆盖电容器结构320的第一层间绝缘膜300。
例如，可以在衬底100的第二表面100b上形成第一层间绝缘膜300。
在一些实施例中，在形成第一层间绝缘膜300之前，可以形成滤色器310。滤色器310可以形成在传感器阵列区域I的衬底100的第二表面100b上。因此，可以形成覆盖滤色器310和电容器结构320的第一层间绝缘膜300。
参照图21，在第一层间绝缘膜300中形成第一至第五接触孔331h、332h、333h、334h、335h。
第一接触孔331h可以暴露第一穿透通路160a的上表面，第二接触孔332h可以暴露第二导电图案326的上表面，第三接触孔333h可以暴露第二穿透通路160b的上表面，第四接触孔334h可以暴露第一导电图案322的上表面，第五接触孔333h可以暴露第三穿透通路160c的上表面。
参照图22，形成填充第一至第五接触孔331h、332h、333h、334h、335h中的每一者的第一接触331和第三至第六接触332、333、334、335。
例如，在形成填充第一至第五接触孔331h、332h、333h、334h、335h的导电膜之后，可以执行平坦化工艺。
参照图23，在第一层间绝缘膜300上形成第一电极412、第一布线414和第二布线416。
例如，可以沿着第一层间绝缘膜300的上表面形成ITO，并且可以将所形成的ITO图案化。因此，可以形成沿着第一层间绝缘膜300的上表面延伸的第一电极412、第一布线414和第二布线416。
第一电极412可以形成在传感器阵列区域I的第一层间绝缘膜300上。在一些实施例中，第一布线414和第二布线416可以形成在外围电路区域II的第一层间绝缘膜300上。
在一些实施例中，可以将第一电极412图案化以连接到第一接触331，可以将第一布线414图案化以连接到第三接触332和第四接触333，并且可以将第二布线416图案化以连接到第五接触334和第六接触335。
接下来，参照图5，在第一电极412上形成第二光电转换层420、第二电极430、保护层440和微透镜450。此外，在第一布线414和第二布线416上形成第二层间绝缘膜400。
因此，可以制造根据图5的图像传感器。
尽管已经具体示出和描述了一些示例实施例，但本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以在其中进行形式和细节上的改变。

Claims (19)

1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
衬底，所述衬底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对并且被配置为被光入射；
第一光电转换层，所述第一光电转换层位于所述衬底中；
布线结构，所述布线结构位于所述衬底的所述第一表面上，所述布线结构包括多个布线层；
层间绝缘膜，所述层间绝缘膜位于所述衬底的所述第二表面上；
电容器结构，所述电容器结构位于所述层间绝缘膜中，所述电容器结构包括依次堆叠在所述衬底的所述第二表面上的第一导电图案、介电图案和第二导电图案；
第一布线，所述第一布线位于所述层间绝缘膜上，所述第一布线连接到所述第二导电图案；
第一电极，所述第一电极位于所述层间绝缘膜上，所述第一电极与所述第一布线间隔开；
第二光电转换层，所述第二光电转换层位于所述第一电极上；以及
第二电极，所述第二电极位于所述第二光电转换层上，
所述图像传感器被配置为向所述第一电极施加与所述第二电极相比不同大小的电压。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
接触，所述接触穿透所述层间绝缘膜，其中，
所述接触连接到所述第二导电图案和所述第一布线。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
穿透通路，所述穿透通路穿透所述衬底并从所述第一表面延伸到所述第二表面，以及
接触，所述接触穿透所述层间绝缘膜并连接所述第一布线和所述穿透通路。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
第三导电图案，所述第三导电图案与所述第一导电图案间隔开并沿着所述衬底的所述第二表面延伸；以及
接触，所述接触穿透所述层间绝缘膜，其中，
所述接触连接到所述第一布线和所述第三导电图案。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
第二布线，所述第二布线位于所述层间绝缘膜上，所述第二布线与所述第一布线间隔开；以及
第一接触，所述第一接触穿透所述层间绝缘膜，所述第一接触连接到所述第一导电图案和所述第二布线。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
穿透通路，所述穿透通路穿透所述衬底，所述穿透通路从所述第一表面延伸到所述第二表面；以及
第二接触，所述第二接触穿透所述层间绝缘膜，所述第二接触连接到所述第二布线和所述穿透通路。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述介电图案暴露所述第一导电图案的上表面的一部分。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一布线包括氧化铟锡。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第一布线和所述第一电极处于相同的层。
10.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
衬底，所述衬底包括传感器阵列区域和外围电路区域，所述衬底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对并且被配置为被光入射；
第一光电转换层，所述第一光电转换层位于所述传感器阵列区域中；
滤色器，所述滤色器位于所述传感器阵列区域的所述衬底的所述第二表面上；
电容器结构，所述电容器结构位于所述外围电路区域的所述衬底的所述第二表面上，所述电容器结构包括依次堆叠的第一导电图案、介电图案和第二导电图案；
层间绝缘膜，所述层间绝缘膜覆盖所述滤色器和所述电容器结构；
第一电极，所述第一电极在所述传感器阵列区域中沿着所述层间绝缘膜的上表面延伸；
第二光电转换层，所述第二光电转换层位于所述第一电极上；以及
第一布线，所述第一布线在所述外围电路区域中沿着所述层间绝缘膜的上表面延伸，所述第一布线连接到所述第二导电图案。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述第一电极的材料构型和所述第一布线的材料构型基本相同。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述第一电极的厚度和所述第一布线的厚度基本相等。
13.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，
所述第一光电转换层是半导体光电转换元件，
所述第二光电转换层是有机光电转换元件。
14.一种图像传感器，所述图像传感器包括：
衬底，所述衬底包括第一表面和第二表面，所述第二表面与所述第一表面相对并且被配置为被光入射；
第一光电转换层，所述第一光电转换层位于所述衬底中；
电容器结构，所述电容器结构位于所述衬底的所述第二表面上，所述电容器结构包括依次堆叠的第一导电图案、介电图案和第二导电图案；
层间绝缘膜，所述层间绝缘膜覆盖所述电容器结构；
第一布线，所述第一布线沿着所述层间绝缘膜的上表面的一部分延伸，所述第一布线包括氧化铟锡；
第一接触，所述第一接触穿透所述层间绝缘膜，所述第一接触连接到所述第二导电图案和所述第一布线，
所述图像传感器被配置为向所述第一导电图案和所述第二导电图案施加不同的电压。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述第一接触的宽度随着所述第一接触的相应部分远离所述衬底的所述第二表面的距离增加而增加。
16.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，
所述第一导电图案包括第一部分和第二部分，
所述第一部分与所述第二导电图案交叠，
所述第二部分不与所述第二导电图案交叠。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，
所述介电图案与所述第一导电图案的所述第一部分交叠，
所述介电图案不与所述第一导电图案的所述第二部分交叠。
18.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述第一导电图案的所述第二部分的厚度小于所述第一导电图案的所述第一部分的厚度。
19.根据权利要求16所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
第三导电图案，所述第三导电图案与所述第一导电图案间隔开，所述第三导电图案沿着所述衬底的所述第二表面延伸；以及
第二接触，所述第二接触穿透所述层间绝缘膜，所述第二接触连接到所述第一布线和所述第三导电图案，其中，
所述第三导电图案的厚度基本上等于所述第一导电图案的所述第一部分的厚度。
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