CN107017270B - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种图像传感器。该图像传感器包括基板，基板进一步包括传感器阵列和在基板的表面上的散热层。散热层可以包括人造金刚石层、石墨烯层和类金刚石碳(DLC)层中的一个或多个。散热层能够使热在传感器阵列的至少一部分基本上均匀地分布。这样的基本上均匀的热分布能够在传感器阵列的该部分上使暗电流基本上均匀，从而在传感器阵列的该部分中减少暗阴影的概率。传感器阵列的该部分可以包括有源像素传感器区域。传感器阵列的该部分可以包括光学黑传感器区域。

Description

图像传感器
技术领域
本发明构思涉及图像传感器及其制造方法，更具体地，涉及背照式(backside-illumination type)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图像信号转变成电信号。图像传感器可以包括有源像素传感器区域和电路区域。有源像素传感器区域可以接收入射光并将入射光转变成电信号。电路区域可以将期望的(或可选地，预定的)信号提供到有源像素传感器区域的每个单元像素或者控制每个单元像素的输出信号。当热在电路区域的运行期间产生时，暗电流可能在有源像素传感器区域的接近电路区域的部分中产生，并且图像传感器的分辨率会降低。
发明内容
本发明构思提供一种图像传感器，暗电流可以通过该图像传感器减小并均匀，在整个有源像素传感器区域中可以获得优良的分辨率。
本发明构思还提供制造该图像传感器的方法。
根据本发明构思的某些示例实施方式，一种图像传感器可以包括第一基板、微透镜、多层互连结构和散热层。第一基板可以包括第一表面和第二表面。第一表面和第二表面可以是第一基板的相反的表面。第一基板还可以包括有源像素传感器区域。有源像素传感器区域可以包括光电转换区域。微透镜可以在第一表面上。多层互连结构可以在第二表面上。散热层可以在第一表面和/或第二表面上。散热层可以包括人造金刚石层、石墨烯层和类金刚石碳(DLC)层中的至少一个。
根据本发明构思的某些示例实施方式，一种图像传感器可以包括第一基板、微透镜、多层互连结构和散热层。第一基板可以包括第一表面和第二表面。第一表面和第二表面可以是第一基板的相反的表面。第一基板可以包括有源像素传感器区域。有源像素传感器区域可以包括光电转换区域。微透镜可以在第一表面上。多层互连结构可以在第二表面上。散热层可以在第一表面和/或第二表面上。散热层可以垂直地交叠有源像素传感器区域的整个区域。
根据本发明构思的某些示例实施方式，一种制造图像传感器的方法可以包括：在第一基板上形成有源像素传感器区域；在有源像素传感器区域上形成散热层；以及在散热层上形成微透镜。有源像素传感器区域可以包括光电转换区域。散热层可以包括人造金刚石层、石墨烯层和类金刚石碳(DLC)层中的至少一个。
根据本发明构思的某些示例实施方式，一种图像传感器可以包括基板和在基板的表面上的散热层。基板可以包括传感器阵列和多个电路。传感器阵列可以包括多个单元像素。每个单元像素可以包括光电转换区域。每个单元像素可以配置为产生电输出信号。多个电路可以配置为产生驱动信号以驱动多个单元像素中的一个或多个单元像素并接收由该多个单元像素中的一个或多个单元像素产生的电输出信号。散热层可以配置为跨过多个单元像素的至少一部分基本上均匀地分布由多个电路中的至少一个电路产生的热。
附图说明
从本发明构思的非限制性实施方式的更具体的描述，本发明构思的以上和其它的特征将变得明显，如附图所示，其中相同的附图标记在不同的附图中始终表示相同的部件。附图不必按比例，而是重点在于示出本发明构思的原理。在附图中：
图1是根据某些示例实施方式的图像传感器的示意性平面图；
图2是根据某些示例实施方式的图像传感器的某些元件的方框图；
图3是图1的传感器阵列区域中的传感器阵列中包括的单元像素的等效电路图；
图4是根据某些示例实施方式的图像传感器的截面图；
图5是根据某些示例实施方式的图像传感器的截面图；
图6是根据某些示例实施方式的图像传感器的截面图；
图7是根据某些示例实施方式的图像传感器的截面图；
图8是根据某些示例实施方式的图像传感器的截面图；
图9示出根据某些示例实施方式的图像传感器的示意性布置；
图10是根据某些示例实施方式的图像传感器的截面图；
图11是根据某些示例实施方式的图像传感器的截面图；
图12是根据某些示例实施方式的图像传感器的截面图；
图13是根据某些示例实施方式的图像传感器的截面图；
图14是根据某些示例实施方式的图像传感器的截面图；
图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21和图22是根据某些示例实施方式的制造图像传感器的方法的截面图；
图23是包括根据某些示例实施方式的图像传感器的***的方框图；以及
图24是包括根据某些示例实施方式的图像传感器的电子***和接口的图。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例实施方式，附图中示出某些示例实施方式。然而，示例实施方式可以以许多不同的形式实施，而不应被解释为限于这里阐述的实施方式；而是，提供这些实施方式使得本公开将透彻和完整，并将本发明构思的示例实施方式的范围全面地传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清晰，夸大了层和区域的厚度。附图中的相同的附图标记表示相同的元件，因此可以不重复对它们的描述。
将理解，当一元件被称为“连接”或“联接”到另一元件时，它可以直接连接或联接到另一元件，或者可以存在居间的元件。相反，当一元件被称为“直接连接”或“直接联接”到另一元件时，没有居间的元件存在。用于描述元件或层之间的关系的其它词语应当以类似的方式解释(例如，“在…之间”与“直接在…之间”、“与…相邻”与“直接与…相邻”、“在…之上”与“直接在…之上”)。如这里所用的，术语“和/或”包括一个或多个相关列举项目的任意和所有组合。
将理解，尽管这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区别开。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而没有背离示例实施方式的教导。
为了描述的方便，这里可以使用空间关系术语诸如“在…之下”、“在…下面”、“下”、“上方”、“上”等来描述如附图所示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系。将理解，空间关系术语旨在涵盖除了附图中绘出的取向之外器件在使用或操作中的不同取向。例如，如果附图中的器件被翻转，则被描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”的元件将会取向在其它元件或特征“上方”。因此，术语“在…下面”可以涵盖之上和之下两种取向。器件也可以另外地取向(旋转90度或处于其它的取向)，这里使用的空间关系描述语被相应地解释。
这里所用的术语仅是为了描述特定的实施方式的目的，而不旨在限制示例实施方式。如这里所用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文清楚地另外指示。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”，如果在这里使用，指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它的特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或添加。诸如“…中的至少一个”的表述，当在一列元件之后时，修饰整列的元件，而不修饰该列中的个别元件。
这里参照截面图描述了示例实施方式，该截面图是示例实施方式的理想化实施方式(和中间结构)的示意图。因而，由于例如制造技术和/或公差引起的图示的形状的变化是可预期的。因此，示例实施方式不应被解释为限于这里所示的区域的特定形状，而是包括由例如制造引起的形状偏差。例如，示出为矩形的蚀刻区域或注入区域可以具有圆化或弯曲的特征。因此，附图中示出的区域在本质上是示意性的，它们的形状不旨在示出器件的区域的真实形状，并且不旨在限制示例实施方式的范围。
除非另外地限定，否则这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有示例实施方式所属的领域内的普通技术人员所通常理解的相同的含义。还将理解的，术语诸如在通用字典中定义的那些术语应当被解释为具有与它们在相关领域的背景中的涵义一致的涵义，而不应被解释为理想化或过度正式的含义，除非这里明确地如此限定。
尽管一些截面图的对应平面图和/或透视图可以不被示出，但是这里示出的器件结构的截面图为多个器件结构提供支持，该多个器件结构沿着两个不同的方向(如将在平面图中示出的)和/或在三个不同的方向上(如将在透视图中示出的)延伸。该两个不同的方向可以彼此垂直或可以不彼此垂直。该三个不同的方向可以包括可垂直于所述两个不同的方向的第三方向。多个器件结构可以被集成在相同的电子器件中。例如，当在截面图中示出器件结构(例如存储单元结构或晶体管结构)时，电子器件可以包括多个器件结构(例如存储单元结构或晶体管结构)，如将由该电子器件的平面图示出的。该多个器件结构可以布置成阵列和/或二维图案。
图1是根据某些示例实施方式的图像传感器10的示意性平面图。图2是图像传感器10的某些元件的方框图。
参照图1和图2，图像传感器10可以包括传感器阵列区域SA和位于传感器阵列区域SA周围的周边电路区域PCA。
传感器阵列区域SA可以包括有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS。有源像素传感器区域APS可以包括一个或多个有源像素，该一个或多个有源像素配置为产生与外部光的波长对应的有源信号。光学黑传感器区域OBS可以包括光学黑像素，该光学黑像素配置为阻挡外部光并产生光学黑信号。尽管没有示出，但是虚设像素传感器区域(未示出)可以位于有源像素传感器区域APS的靠近光学黑传感器区域OBS的边缘部分中。
在某些实施方式中，位于焊盘区域PA中的多个焊盘PAD可以与外部设备交换电信号。在某些其它的实施方式中，多个焊盘PAD可以用于将外部提供的驱动电力(例如电源电压或接地电压)传输到位于电路区域CA中的电路。
传感器阵列区域SA可以包括传感器阵列30，传感器阵列30包括多个单元像素PX。多个单元像素PX的每个可以包括光电转换区域(未示出)。如图1所示，传感器阵列30可以包括有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS两者。包括在传感器阵列30中的多个单元像素PX可以包括有源像素传感器区域APS的有源像素中的至少一些和光学黑传感器区域OBS的光学黑像素中的至少一些。
周边电路区域PCA可以包括电路区域CA和焊盘区域PA，电路区域CA包括多个电路20，焊盘区域PA包括位于电路区域CA周围的多个焊盘PAD。电路区域CA可以包括多个CMOS晶体管(未示出)并配置为将期望的(或可选地，预定的)信号传输到传感器阵列区域SA的每个单元像素PX或者控制每个单元像素PX的输出信号。在某些示例实施方式中，电路区域CA可以围绕传感器阵列区域SA，使得传感器阵列区域SA由电路区域CA围绕并在电路区域CA内侧。
如图2所示，包括在电路区域CA中的多个电路20可以包括时序发生器22、行解码器23、行驱动器24、相关双取样器(CDS)25、模数转换器(ADC)26、锁存器27和列解码器28。
包括在传感器阵列区域SA中的传感器阵列30可以从行驱动器24接收多个驱动信号，包括行选择信号、复位信号和电荷传输信号中的至少一个。传感器阵列30可以响应于接收的驱动信号而被驱动。此外，电输出信号可以基于传感器阵列30中的光电转换操作由传感器阵列30产生。电输出信号可以提供到CDS 25。
时序发生器22可以向行解码器23和列解码器28提供时序信号和控制信号。
行驱动器24可以根据由行解码器23解码的结果而向传感器阵列区域SA的传感器阵列30提供(例如“产生”)用于驱动多个单元像素PX的多个驱动信号。当多个单元像素PX布置为矩阵时，行解码器24可以向该矩阵的每行提供驱动信号。
CDS 25可以从传感器阵列区域SA的传感器阵列30接收输出信号，并保持和采样所接收的信号。具体地，CDS 25可以双采样输出信号的特定噪声水平和信号水平并输出与噪声水平和信号水平之间的差异相对应的差异水平。
ADC 26可以将与该差异水平对应的模拟信号转变成数字信号并输出该数字信号。
锁存器27可以锁存数字信号，并且锁存的信号可以根据由列解码器28解码的结果而顺序输出到图像信号输出单元(未示出)。
在某些示例实施方式中，图像传感器10可以为背照式CMOS图像传感器。光可以从图像传感器10的其上暴露多个焊盘PAD的暴露表面入射到传感器阵列区域SA的除了光学黑传感器区域OBS之外的部分。尽管没有在图1和图2中示出，但是图像传感器10可以包括位于有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS的全部或基本上全部(例如，整个区域或基本上整个区域)上的散热层160(参照图4)。散热层160可以包括具有高热导率和高透光率两者的材料。基板SUB的温度可以根据散热层160跨过整个区域均匀地或者基本上均匀地分布热而比较均匀地或者基本上均匀地保持在有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS的整个区域上。例如，热靠近有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS的有限部分产生，散热层160可以跨越有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS的整个区域或基本上整个区域均匀地或者基本上均匀地分布所产生的热。此外，在多个电路20的运行期间产生的热可以均匀地或者基本上均匀地分布在有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS的整个区域上(之上)。因此，根据热在有源像素传感器区域APS之上的均匀或基本上均匀分布，可以减少和/或防止在有源像素传感器区域APS中的导致有源像素传感器区域APS上的暗阴影(dark shading)的足够大且不均匀的暗电流发生在邻近于热发生源(例如，电路区域CA的一部分)的有源像素传感器区域APS中，并且图像传感器10可以提供均匀的或基本上均匀的分辨率。此外，图像传感器10可以配置为相对于没有散热层的图像传感器10提供改善的分辨率，根据在有源像素传感器区域APS上引起暗阴影的足够大且不均匀的暗电流的减少和/或防止。
图3是图1的传感器阵列区域SA的传感器阵列30中包括的单元像素PX的等效电路图。
参照图3，单元像素PX可以包括光电二极管PD，光电二极管PD配置为接收光、由于光电转换操作而产生光电荷、并积累所产生的光电荷。单元像素PX可以包括转移晶体管Tx，转移晶体管Tx配置为将由光电二极管PD产生的光电荷转移到浮置扩散区域(FD)。单元像素PX可以包括复位晶体管Rx，复位晶体管Rx配置为周期性地复位浮置扩散区域FD中存储的光电荷。单元像素PX可以包括驱动晶体管Dx，驱动晶体管Dx用作源跟随缓冲放大器并配置为缓冲与浮置扩散区域FD中填充的光电荷对应的信号。单元像素PX可以包括选择晶体管Sx，选择晶体管Sx配置为进行用于选择单元像素Px的开关和寻址操作。在图3中，信号“RS”可以是施加到复位晶体管Rx的栅极的信号，信号“TG”可以是施加到转移晶体管Tx的栅极的信号，信号“SEL”可以是施加到选择晶体管Sx的栅极的信号。
图3示出包括一个光电二极管PD和四个MOS晶体管Tx、Rx、Dx和Sx的单元像素PX的电路配置的示例，但是本发明构思不限于此。
返回参照图1，在传感器阵列区域SA中，形成在光学黑传感器区域OBS中的多个单元像素PX可以覆盖有光屏蔽层40。形成在光学黑传感器区域OBS中的多个单元像素PX可以用于测量暗电流。电源(其与提供到位于有源像素传感器区域APS中的传感器阵列30的电源相同)可以连接到位于光学黑传感器区域OBS中的传感器阵列30。因此，可以通过采用光学黑传感器区域OBS的输出信号而传输噪声，该噪声与有源像素传感器区域APS中产生的电源噪声相同。此外，由于位于光学黑传感器区域OBS中的传感器阵列30通过光屏蔽层40而被阻挡光，所以电源噪声成分可以通过采用由位于光学黑传感器区域OBS中的传感器阵列30产生的黑电平信号(black level signal)而传输。
图4是根据某些示例实施方式的图像传感器100的截面图。在图4中，相同的附图标记用于表示与图1至图3中的相同的元件，并且为了简洁省略对其的详细描述。
参照图4，图像传感器100的基板110可以包括传感器阵列区域SA和位于传感器阵列区域SA周围的周边电路区域PCA。
传感器阵列区域SA可以包括有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS。有源像素传感器区域APS可以包括多个单元像素PX(参照图1)，该多个单元像素PX配置为产生与外部光的波长对应的有源信号。光学黑传感器区域OBS可以包括光学黑像素(未示出)，该光学黑像素配置为阻挡外部光并产生光学黑信号。光学黑像素可以具有与有源像素传感器区域APS的单元像素PX类似的结构。
周边电路区域PCA可以包括电路区域CA和焊盘区域PA。焊盘区域PA可以位于传感器阵列区域SA周围，并且电路区域CA可以位于焊盘区域PA和传感器阵列区域SA之间。
基板110可以包括彼此相反的第一表面110B和第二表面110F(例如，在基板110的相反两端)。在某些示例实施方式中，基板110可以包括P型半导体基板。例如，基板110可以包括P型硅基板。在某些示例实施方式中，基板110可以包括P型块体基板和生长在P型块体基板上的P型或N型外延层。在某些示例实施方式中，基板110可以包括N型块体基板和生长在N型块体基板上的P型或N型外延层。在某些示例实施方式中，基板110可以包括有机塑料基板。
在传感器阵列区域SA中，光电转换区域(例如光电二极管PD)和多个杂质扩散区域(未示出)可以形成在基板110中。此外，栅极电极122可以形成在基板110的第二表面110F上。栅极电极122可以是单元像素PX中包括的转移晶体管Tx(参照图3)、复位晶体管Rx(参照图3)、驱动晶体管Dx(参照图3)或选择晶体管Sx(参照图3)的一部分。
在传感器阵列区域SA中，多层互连结构128可以形成在基板110的第二表面110F上。多层互连结构128可以包括层间绝缘层124和多个互连线126。在多个互连线126当中，相邻的互连线126可以通过层间绝缘层124彼此绝缘。层间绝缘层124还可以覆盖栅极电极122中的一个或多个。
在电路区域CA中，多个阱112(其可以被要求来构成多个电路20(参照图2))可以形成在基板110中。多个阱112可以包括第一导电类型的第一阱112A和第二导电类型的第二阱112B。第二导电类型可以是与第一导电类型相反的导电类型。图4示出第一阱112A为N型阱并且第二阱112B为P型阱的某些示例实施方式，但是本发明构思不限于此。多个第一阱112A和多个第二阱112B可以形成在基板110中。
在电路区域CA中，多个栅极电极132(其可以被要求来构成多个电路20(参照图2))可以形成在基板110的第二表面110F上。在某些实施方式中，多个源极和漏极区域118可以形成在多个阱112中且在栅极电极132的两侧。在某些实施方式中，多个源极和漏极区域118可以与栅极电极132一起构成晶体管。
在电路区域CA中，多层互连结构138可以形成在基板110的第二表面110F上。多层互连结构138可以包括层间绝缘层134和多个互连线136。在多个互连线136当中，相邻的互连线136可以通过层间绝缘层134彼此绝缘。
在焊盘区域PA中，多层互连结构148可以形成在基板110的第二表面110F上。多层互连结构148可以包括层间绝缘层144和多个互连线146。在多个互连线146当中，相邻的互连线146可以通过层间绝缘层144彼此绝缘。
在传感器阵列区域SA和周边电路区域PCA中，第一绝缘层152可以位于基板110的第一表面110B上。在某些示例实施方式中，第一绝缘层152可以包括金属氧化物，诸如铪氧化物(HfOx)或铝氧化物(AlOx)。然而，本发明构思不限于此。第一绝缘层152可以包括具有固定的负电荷的金属氧化物或金属氧氮化物。在此情况下，空穴累积层(未示出)可以形成在第一绝缘层152和包括例如硅的基板110的第一表面110B之间的界面处。空穴累积层可以允许由于热能形成的电子与界面处累积的空穴复合。因此，可以减少暗电流，该暗电流由因为热能产生的热电子引起，即使没有从外部接收光。
在某些示例实施方式中，第一绝缘层152可以位于传感器阵列区域SA的基本上整个区域和周边电路区域PCA的至少一部分上。如图4所示，第一绝缘层152可以位于有源像素传感器区域APS的整个区域和光学黑传感器区域OBS的整个区域上并延伸到电路区域CA和焊盘区域PA。然而，本发明构思不限于此，第一绝缘层152可以仅形成在有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS上。
在传感器阵列区域SA和周边电路区域PCA中，散热层160可以位于第一绝缘层152上。在某些示例实施方式中，散热层160可以包括具有高热导率和高透光率的材料。例如，散热层160可以包括人造金刚石层、石墨烯层和类金刚石碳(DLC)层中的至少一个。然而，本发明构思不限于此。例如，除了上述的人造金刚石层、石墨烯层和DLC层之外，散热层160可以包括具有约1W/m·K或更高的热导率的任何材料。
在某些示例实施方式中，散热层160可以是通过采用化学气相沉积(CVD)工艺形成的人造金刚石层。散热层160可以具有约几十纳米至几百纳米的第一厚度T1。
在某些示例实施方式中，散热层160可以为p型掺杂的石墨烯层、n型掺杂的石墨烯层或未掺杂的石墨烯层。这里，石墨烯可以指的是包括包含碳原子的二维(2D)片的单层或者包括二层至十层之一的堆叠结构。散热层160可以具有约几纳米至约几十纳米的第一厚度T1。
如图4所示，散热层160可以形成在有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS的基本上整个区域上。此外，散热层160可以在电路区域CA和焊盘区域PA上延伸并围绕形成在焊盘区域PA中的连接通路170c的侧壁。然而，本发明构思不限于此。在某些示例实施方式中，散热层160可以在电路区域CA上延伸，而没有形成在焊盘区域PA上。
由于散热层160包括具有高热导率的材料，所以在驱动电路区域CA中包括的电路20(参照图2)的过程期间由至少一个电路20产生的热可以均匀地或者基本上均匀地分布在至少有源像素传感器区域APS的整个区域上。
通常，形成在电路区域CA中的行驱动器、数字模块(digital block)或模拟模块(analog block)可以在运行期间产生相对大量的热，使得基板110的与电路区域CA相邻的部分的温度会相对较高。具体地，有源像素传感器区域APS的与电路区域CA相邻的部分的温度可以高于有源像素传感器区域APS的其余部分的温度。因此，在有源像素传感器区域APS的与电路区域CA相邻的部分中，热电子可以由于高的温度而增加，从而增大暗电流。也就是，暗电流的大小可以根据有源像素传感器区域APS中的点而变化。暗电流的不均匀分布会发生在有源像素传感器区域APS中。
在某些示例实施方式中，由于散热层160位于有源像素传感器区域APS的基本上整个区域上，所以热可以遍及有源像素传感器区域APS的整个区域均匀地分布，而没有根据有源像素传感器区域APS中的点的温度变化。因此，可以遍及有源像素传感器区域APS的整个区域表现出暗电流的均匀分布。
在某些示例实施方式中，散热层160可以用作钝化层，其配置为减少和/或防止湿气或污染物渗入基板110中。例如，散热层160可以包括人造金刚石层、石墨烯层和DLC层中的至少一个，其特征在于可以具有高的疏水性和低的表面能。因此，可以防止湿气或污染物附着到散热层160或穿过散热层160渗入基板110中。因此，可以不必在散热层160上形成额外的钝化层(未示出)。然而，本发明构思不限于此，钝化层可以进一步形成在散热层160上。钝化层可以包括硅氧化物或硅氮化物。
在焊盘区域PA、电路区域CA和光学黑传感器区域OBS中，第二绝缘层154可以位于散热层160上。第二绝缘层154可以包括硅氮化物或硅氧氮化物。第二绝缘层154可以用作用于形成通路孔170H的蚀刻停止层。第二绝缘层154可以包括相对于包括在层间绝缘层124、134和144和/或基板110中的材料具有蚀刻选择性的材料。
在焊盘区域PA中，通路孔170H可以穿过基板110形成并用连接通路170C填充。此外，如图4所示，连接通路170C的上部可以围绕有第一绝缘层152、散热层160和第二绝缘层154，它们可以顺序地形成在基板110的第一表面110B上，并且连接通路170C的顶表面可以处于与第二绝缘层154的顶表面相同的水平面。然而，本发明构思不限于此。在某些示例实施方式中，第一绝缘层152和/或散热层160可以不位于焊盘区域PA中的基板110的第一表面110B上，仅第二绝缘层154可以位于焊盘区域PA中的基板110的第一表面110B上。在此情况下，连接通路170C的上部可以围绕有第二绝缘层154。
连接通路170C的下部可以延伸到层间绝缘层144中并电连接到互连线146。图4示出其中连接通路170C的底表面与互连线146接触的示例实施方式。然而，在另一种情况下，导电焊盘(未示出)可以进一步形成在互连线146上，并且连接通路170C的底表面可以与导电焊盘的顶表面接触。
通路绝缘层172可以插设在连接通路170C和基板110之间以及在连接通路170C和层间绝缘层144之间。通路绝缘层172可以围绕连接通路170C的侧壁，并与基板110的第一表面110B周围的第一绝缘层152、散热层160和第二绝缘层154接触。
在焊盘区域PA中，导电层170可以位于第二绝缘层154和连接通路170C上。在某些示例实施方式中，导电层170可以包括顺序堆叠的第一金属层和第二金属层。例如，第一金属层和第二金属层可以包括不同的材料。第一金属层或第二金属层可以包括钨(W)、金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、铜锡(CuSn)、铜镁(CuMg)、铜镍(CuNi)、铜锌(CuZn)、铜钯(CuPd)、铜金(CuAu)、铜铼(CuRe)、铜钨(CuW)或其组合。在某些示例实施方式中，第一导电的阻挡层和第二导电的阻挡层可以分别进一步形成在第一金属层和第二金属层上。第一导电的阻挡层和第二导电的阻挡层可以包括钛(Ti)、钛氮化物(TiN)、钽(Ta)、钽氮化物(TaN)、钌(Ru)、钴(Co)、锰(Mn)、钨氮化物(WN)、镍(Ni)、镍硼化物(NiB)或其组合。第一导电的阻挡层和第二导电的阻挡层可以减少和/或防止第一金属层或第二金属层的氧化或者第一金属层或第二金属层与周围材料的不期望反应。
在某些示例实施方式中，连接通路170C可以包括顺序堆叠在通路孔170H的侧壁上的第一金属层和第二金属层。连接通路170C的第一金属层和第二金属层可以分别包括与导电层170的第一金属层和第二金属层相同的材料，并且连接通路170C可以通过采用与形成导电层170的工艺相同的工艺形成。然而，本发明构思不限于此。
在光学黑传感器区域OBS中，光屏蔽层174可以形成在第二绝缘层154上。光屏蔽层174可以位于光学黑传感器区域OBS的整个区域上并延伸到电路区域CA或焊盘区域PA的至少一部分中。光屏蔽层174可以包括光屏蔽材料。光屏蔽层174可以包括W、Au、Ag、Cu、Al或其组合。在某些示例实施方式中，光屏蔽层174可以包括与导电层170的第一金属层相同的材料，并通过采用与形成导电层170的第一金属层的工艺相同的工艺形成。然而，本发明构思不限于此。
钝化层180可以位于导电层170和光屏蔽层174上。例如，钝化层180可以包括硅氧化物、硅氮化物、金属氧化物、或其组合。
在焊盘区域PA中，导电层170的没有被钝化层180覆盖的部分可以被称作导电焊盘170P。导电焊盘170P可以暴露在图像传感器100之外，并且驱动电力可以从外部通过导电焊盘170P提供。
滤色器层182可以形成在传感器阵列区域SA的有源像素传感器区域APS中的散热层160上。滤色器层182可以包括多个R区域、多个G区域和多个B区域。
微透镜184可以位于滤色器层182上。在某些示例实施方式中，微透镜184可以包括基于TMR的树脂(Tokyo Ohka Kogyo,Co.的产品)或者基于MFR的树脂(Japan SyntheticRubber Corporation的产品)。在某些示例实施方式中，各个微透镜184可以在单独的各自单元像素PX上。
在图像传感器100中，包括具有高热导率的材料的散热层160可以位于有源像素传感器区域APS的整个区域上。在电路区域CA中的电路20的运行期间产生的热可以均匀地分布在有源像素传感器区域APS的整个区域上。可以减少和/或防止有源像素传感器区域APS的与电路区域CA相邻的部分中的暗电流的局部增大，并且可以减少和/或防止由暗电流的不均匀分布导致的暗阴影。图像传感器100可以在有源像素传感器区域APS的整个区域上提供均匀的高分辨率。
图5是根据某些示例实施方式的图像传感器100A的截面图。在图5中，相同的附图标记用于表示与图1至图4中的相同的元件，并且为了简洁省略对其的详细描述。
参照图5，散热层160A可以在基板110的第二表面110F之上，使得多层互连结构128、138和148插设在散热层160A和基板110的第二表面110F之间。散热层160A可以位于多层互连结构128、138和148的层间绝缘层124、134和144上。
如图5所示，散热层160A可以位于传感器阵列区域SA的基本上整个区域上以及在周边电路区域PCA的整个区域上。然而，本发明构思不限于此。与图5所示的不同，散热层160A可以位于传感器阵列区域SA的基本上整个区域以及周边电路区域PCA的至少一部分上。例如，散热层160A可以垂直地交叠有源像素传感器区域APS、光学黑传感器区域OBS和电路区域CA的整个顶表面。
在某些示例实施方式中，散热层160A可以包括具有高热导率的材料。例如，散热层160可以包括人造金刚石层、石墨烯层和DLC层中的至少一个。散热层160A可以具有约几十纳米至约几微米(μm)的第二厚度T2。当散热层160A具有大于第一厚度T1的第二厚度T2时，可在电路区域CA中包括的电路20(参照图2)的运行期间产生的热可以通过邻近电路20的传感器阵列区域SA的整个区域快速地传输。因此，在传感器阵列区域SA中可以减少和/或防止暗电流的不均匀发生。
图6是根据某些示例实施方式的图像传感器100B的截面图。在图6中，相同的附图标记用于表示与图1至图5中的相同的元件，并且为了简洁省略对其的详细描述。
参照图6，第一散热层160B1可以位于基板110的第一表面110B上。第二散热层160B2可以位于基板110的第二表面110F之上，使得多层互连结构128、138和148插设在第二散热层160B2和基板110的第二表面110F之间。
第一散热层160B1和第二散热层160B2可以分别具有与参照图4和图5描述的散热层160和160A相似的类似特性。
在某些示例实施方式中，第一散热层160B1可以具有几十纳米至几百纳米的第一厚度T1A，并且第二散热层160B2可以具有几十纳米至几微米的第二厚度T2A。例如，第二厚度T2A可以大于第一厚度T1A。在某些示例实施方式中，第二厚度T2A可以等于或小于第一厚度T1A。
图7是根据某些示例实施方式的图像传感器100C的截面图。在图7中，相同的附图标记用于表示与图1至图6中的相同的元件，并且为了简洁省略对其的详细描述。
参照图7，第二散热层160A可以在基板110的第二表面110F之上，使得多层互连结构128、138和148插设在第二散热层160A和基板110的第二表面110F之间，并且热辐射构件190可以位于第二散热层160A上。热辐射构件190可以包括具有高热导率的金属材料。
尽管没有示出，但是包括例如热界面材料(TIM)的粘合构件(未示出)可以插设在热辐射构件190和第二散热层160A之间。
图8是根据某些示例实施方式的图像传感器100D的截面图。在图8中，相同的附图标记用于表示与图1至图7中的相同的元件，并且为了简洁省略对其的详细描述。
参照图8，第一散热层160C1可以位于基板110的第一表面110B上。第二散热层160C2可以位于基板110的第二表面110F之上，使得多层互连结构128、138和148插设在第二散热层160C和基板110的第二表面110F之间。
第一散热层160C1可以位于周边电路区域PCA上并可以不设置在传感器阵列区域SA上。例如，第一散热层160C1可以基本上垂直地交叠电路区域CA的整个区域并垂直地交叠焊盘区域PA的至少一部分。
第二散热层160C2可以形成在传感器阵列区域SA和周边电路区域PCA中。第二散热层160C2可以平坦地形成在基板110的整个第二表面110F上。
在参照图6至图8描述的图像传感器100B、100C和100D中，散热层160A、160B1、160B2、160C1和160C2可以位于基板110的第一表面110B或第二表面110F上。在电路区域CA中包括的电路20(参照图2)的运行期间产生的热可以在邻近电路区域CA的传感器阵列区域SA的整个区域上均匀地分布。因此，可以减少和/或防止传感器阵列区域SA中的暗电流的不均匀产生。
图9示出根据某些示例实施方式的图像传感器10A的示意性布置。在图9中，相同的附图标记用于表示与图1至图8中的相同的元件，并且为了简洁省略对其的详细描述。
参照图9，图像传感器10A可以是堆叠的图像传感器，其包括堆叠在垂直方向上的第一芯片CH1和第二芯片CH2，使得第一芯片CH1在第二芯片CH2上。第一芯片CH1可以包括第一基板SUB1，第一基板SUB1包括传感器阵列区域SA和第一周边电路区域PCA1。第二芯片CH2可以包括具有第二周边电路区域PCA2的第二基板SUB2。
在第一基板SUB1中，第一周边电路区域PCA1可以包括第一焊盘区域PA1，并且第一焊盘区域PA1可以位于传感器阵列区域SA周围。图9示出其中第一焊盘区域PA1形成在传感器阵列区域SA的光学黑传感器区域OBS周围并且电路区域不形成在第一焊盘区域PA1和光学黑传感器区域OBS之间的示例。然而，本发明构思不限于此。例如，电路区域(未示出)可以形成在第一焊盘区域PA1和光学黑传感器区域OBS之间，电路20(例如，行解码器或行驱动器)可以位于电路区域中。
在第二基板SUB2中，第二周边电路区域PCA2可以包括电路区域CA和位于电路区域CA周围的第二焊盘区域PA2。逻辑电路模块LC和模拟模块ANA可以形成在电路区域CA中。
第一焊盘区域PA1的第一焊盘PAD1可以通过连接通路CON电连接到第二焊盘区域PAD2的第二焊盘PAD2。
图10是根据某些示例实施方式的图像传感器100E的截面图。在图10中，相同的附图标记用于表示与图1至图9中的相同的元件，并且为了简洁省略对其的详细描述。
参照图10，图像传感器100E可以包括第一基板110和第二基板210的堆叠结构。
第一基板110可以包括传感器阵列区域SA和第一焊盘区域PA1。第二基板210可以包括电路区域CA和第二焊盘区域PA2。电路区域CA可以垂直地交叠第一基板110的传感器阵列区域SA，并且第一焊盘区域PA1可以垂直地交叠第二焊盘区域PA2。
在第一基板110的传感器阵列区域SA中，有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS可以具有与参照图1描述的有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS类似的技术特征。具体地，散热层160可以形成在传感器阵列区域SA中的第一基板110的第一表面110B上。尽管没有在图10中示出，但是光屏蔽层40可以进一步形成在光学黑传感器区域OBS上。
多层互连结构128和138可以形成在第一基板110的第二表面110F上，并且第三绝缘层192可以形成在多层互连结构128和138上。在某些示例实施方式中，第三绝缘层192可以包括硅氧化物。
在电路区域CA中，多个阱212(其可以被要求来构成多个电路诸如LC和ANA(参照图9))可以形成在第二基板210中。多个阱212可以包括第一导电类型的第一阱212A和第二导电类型的第二阱212B。在电路区域CA中，多个栅极电极222(其可以被要求来构成多个电路20(参照图2))可以形成在第二基板210上。在某些实施方式中，多个源极和漏极区域218可以形成在多个阱212中且在栅极电极222的两侧。在某些实施方式中，多个源极和漏极区域218可以与栅极电极222一起构成晶体管。
在电路区域CA中，多层互连结构228可以形成在第二基板210上。多层互连结构228可以包括层间绝缘层224和多个互连线226。在互连线226当中，相邻的互连线226可以通过层间绝缘层224而彼此绝缘。
在第二焊盘区域PA2中，多层互连结构238可以形成在第二基板210上。多层互连结构238可以包括层间绝缘层234和多个互连线236。在互连线236当中，相邻的互连线236可以通过层间绝缘层234而彼此绝缘。
在电路区域CA和第二焊盘区域PA2中，第四绝缘层252可以形成在多层互连结构228和238上。在某些示例实施方式中，第四绝缘层252可以附接到第三绝缘层192。例如，第四绝缘层252可以通过氧化物-氧化物直接接合法而附接到第三绝缘层192。在某些示例实施方式中，粘合构件(未示出)可以插设在第四绝缘层252和第三绝缘层192之间。
在第一基板110的第一焊盘区域PA1中，第一通路孔170H1和第二通路孔170H2可以穿过第一基板110形成。第一通路孔170H1和第二通路孔170H2可以分别用第一连接通路170C1和第二连接通路170C2填充。
第一连接通路170C1可以穿过第一基板110并延伸到层间绝缘层134中，并电连接到多层互连结构138的互连线136。第一导电焊盘170P1可以形成在第一连接通路170C1上。
第二连接通路170C2可以穿过第一基板110、层间绝缘层134以及第三绝缘层192和第四绝缘层252并延伸到层间绝缘层234中，并且电连接到多层互连结构238的互连线236。第一导电焊盘170P2可以形成在第二连接通路170C2上。
第一基板110的有源像素传感器区域APS可以通过第一连接通路170C1和第二连接通路170C2电连接到第二基板210的电路区域CA。
图10示出其中第一基板110和第二基板210通过穿过第一基板110形成的第一连接通路170C1和第二连接通路170C2而彼此电连接的示例实施方式，但是本发明构思不限于此。与图10所示的不同，分别形成在第一基板110和第二基板210中的第一连接焊盘(未示出)和第二连接焊盘(未示出)可以通过直接接合法附接到彼此，使得第一基板110可以电连接到第二基板210。在某些示例实施方式中，分别形成在第一基板110和第二基板210中的第一连接焊盘(未示出)和第二连接焊盘(未示出)可以通过接合引线而彼此连接，使得第一基板110可以电连接到第二基板210。
散热层160D可以形成在有源像素传感器区域APS、光学黑传感器区域OBS和第一焊盘区域PA1上。在第一焊盘区域PA1中，散热层160D可以围绕第一连接通路170C1的侧壁和第二连接通路170C2的侧壁。
图像传感器100E可以为堆叠的图像传感器，其包括堆叠在垂直方向上的第一基板110和第二基板210。有源像素传感器区域APS可以形成在第一基板110上，电路区域CA可以形成在第二基板210上，并且有源像素传感器区域APS和电路区域CA可以通过第二连接通路170C2彼此电连接，第二连接通路170C2可以穿过第一基板110并延伸到第二基板210中。在图像传感器100E中，由于第一基板110和第二基板210分别形成为具有有源像素传感器区域APS和电路区域CA，所以有源像素传感器区域APS和电路区域CA可以在对有源像素传感器区域APS和电路区域CA的性能优化的工艺条件下制造。因此，图像传感器100E可以具有优良的性能。
此外，由于散热层160D形成在有源像素传感器区域APS的基本上整个区域上，所以在第二基板210的电路区域CA中包括的电路诸如LC和ANA的运行期间产生的热可以均匀地分布在有源像素传感器区域APS的整个区域上。因此，图像传感器110E可以减少和/或防止暗电流的不均匀发生以及由不均匀的暗电流引起的暗阴影。
图11是根据某些示例实施方式的图像传感器100F的截面图。在图11中，相同的附图标记用于表示与图1至图10中的相同的元件，并且为了简洁省略对其的详细描述。
参照图11，散热层160E可以形成在第一基板110的第二表面110F之上使得多层互连结构128可以插设在散热层160E和第一基板110的第二表面110F之间。散热层160E可以形成在层间绝缘层124和134上，并且第三绝缘层192可以形成在散热层160E上。在第一焊盘区域PA1中，散热层160E可以围绕第二连接通路170C2的侧壁。
在图像传感器100F中，散热层160E可以插设在第一基板110和第二基板210之间。在第二基板210的电路区域CA中包括的电路诸如LC和ANA(参照图9)的运行期间产生的热可以均匀地分布在有源像素传感器区域APS的整个区域上。
此外，在电路诸如LC和ANA的运行期间产生的热可以通过散热层160E快速地传输到图像传感器100F之外。因此，从电路区域CA传输到第一基板110的有源像素传感器区域APS中的热量可以减少，从而可以显著减小有源像素传感器区域APS的暗电流。图像传感器100F可以减少和/或防止暗电流的不均匀发生以及由不均匀的暗电流引起的暗阴影。图像传感器100E可以减少暗电流的发生。
图12是根据某些示例实施方式的图像传感器100G的截面图。在图12中，相同的附图标记用于表示与图1至图11中的相同的元件，并且为了简洁省略对其的详细描述。
参照图12，第一散热层160F1可以在第一基板110的第二表面110F之上形成在层间绝缘层128和138上，并且第三绝缘层192可以形成在第一散热层160F1上。此外，第二散热层160F2可以在第二基板210之上形成在层间绝缘层224和234上，并且第四绝缘层252可以形成在第二散热层160F2上。第一散热层160F1和第二散热层160F2可以分别形成在第一基板110和第二基板210的整个区域上并围绕第二连接通路170C2的侧壁。然而，本发明构思不限于此。
尽管没有示出，但是第一散热层160F1和第二散热层160F2中的至少一个可以连接到热辐射结构(未示出)，该热辐射结构附接到包括图像传感器100G的图像传感器模块(未示出)。例如，热辐射结构可以包括各种热辐射构件，诸如热辐射片、陶瓷热辐射板和金属热沉。此外，第一散热层160F1和第二散热层160F2中的至少一个可以通过采用引线接合法或粘合构件(诸如热界面材料(TIM))而连接到热辐射结构。
在图像传感器100G中，由于第一散热层160F1和第二散热层160F2位于第一基板110和第二基板210之间，所以在第二基板210的电路区域CA中包括的电路诸如LC和ANA(参照图9)的运行期间产生的热可以均匀地分布在有源像素传感器区域APS的整个区域上。此外，可以减少从电路区域CA传输到第一基板110的有源像素传感器区域APS中的热量，从而可以显著减少有源像素传感器区域APS的暗电流。图像传感器100G可以减少和/或防止暗电流的不均匀发生以及由不均匀的暗电流引起的暗阴影。图像传感器100G可以减少暗电流的发生。
图13是根据某些示例实施方式的图像传感器100H的截面图。在图13中，相同的附图标记用于表示与图1至图12中的相同的元件，并且为了简洁省略对其的详细描述。
参照图13，连接通路170C3可以形成在第一焊盘区域PA1和第二焊盘区域PA2中。第一基板110的有源像素传感器区域APS可以通过连接通路170C3电连接到第二基板210的电路区域CA。
第一着陆焊盘136P可以形成在多层互连结构138的层间绝缘层134中，并且第二着陆焊盘236P可以形成在多层互连结构238的层间绝缘层234中。第二着陆焊盘236P的一部分可以在垂直方向上(例如，在垂直于第一基板110的顶表面的方向上)交叠第一着陆焊盘136P。第一着陆焊盘136P和第二着陆焊盘236P可以分别形成在与互连线136和236相同的水平面或者分别形成在与互连线136和236不同的水平面处。第一着陆焊盘136P和第二着陆焊盘236P可以包括与互连线136和236相同的材料，但是本发明构思不限于此。
在第一基板110的第一焊盘区域PA1中，通路孔170H3可以形成为穿过第一基板110，并且通路孔170H3的底部可以延伸到形成在第二基板210上的多层互连结构238的一部分。通路孔170H3可以暴露第一着陆焊盘136P的顶表面的一部分，并且第二着陆焊盘236P的顶表面的一部分可以被通路孔170H3的底部暴露。通路孔170H3的上部可以具有第一宽度W1，并且通路孔170H3的下部可以具有小于第一宽度W1的第二宽度W2。这里，通路孔170H3的上部可以指的是通路孔170H3的位于比第一着陆焊盘136P高的水平面处的部分。通路孔170H3的下部可以指的是通路孔170H3的位于比第一着陆焊盘136P低的水平面处的部分。因此，通路孔170H3的位于与形成在第二基板210上的多层互连结构238相同的水平面处的部分可以具有小于第一宽度W1的第二宽度W2。
通路孔170H3可以用连接通路170C3填充。连接通路170C3可以与由通路孔170H3暴露的第一着陆焊盘136P的顶表面接触。此外，连接通路170C3可以与由通路孔170H3的底部暴露的第二着陆焊盘236P的顶表面接触。因此，连接通路170C3可以电连接到第一着陆焊盘136P和第二着陆焊盘236P。
导电焊盘170P3可以形成在连接通路170C3上。
散热层160G可以形成在第一基板110的第一表面110B上。在第一焊盘区域PA1中，散热层160G可以围绕连接通路170C3的侧壁。
第二绝缘层154A可以形成在散热层160G上。通路分隔层156可以位于通路孔170H3周围并穿过第一基板110。第二绝缘层154A可以包括与通路分隔层156相同的材料。然而，本发明构思不限于此。
图13示出其中通路分隔层156穿过第一基板110、第一绝缘层152和散热层160G的示例。然而，在另一情况下，通路分隔层156可以仅穿过第一基板110和第一绝缘层152，并且散热层160G可以位于第一绝缘层152和通路分隔层156上。此外，通路分隔层156可以仅穿过第一基板110，并且第一绝缘层152可以位于第一基板110和通路分隔层156上。
图14是根据某些示例实施方式的图像传感器100I的截面图。在图14中，相同的附图标记用于表示与图1至图13中的相同的元件，并且为了简洁省略对其的详细描述。
参照图14，通路孔170H4可以穿过(例如，“延伸经过”)第一着陆焊盘136P的中央部分。因此，连接通路170C4可以穿过第一着陆焊盘136P的中央部分，并且第一着陆焊盘136P可以围绕连接通路170C4的侧壁。
通路孔170H4的位于比第一着陆焊盘136P高的水平面处的部分可以具有第一宽度W1A。通路孔170H4的位于比第一着陆焊盘136P低的水平面处的部分可以具有小于第一宽度W1A的第二宽度W2A。
图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21和图22是根据某些示例实施方式的制造图像传感器的方法的截面图。该方法可以是制造如以上参照图10描述的图像传感器100E的方法。
参照图15，半导体外延层可以生长在半导体基板110T上以形成包括外延层的第一基板110。传感器阵列区域SA(参照图9)和第一焊盘区域PA1可以限定在第一基板110中。传感器阵列区域SA可以包括有源像素传感器区域APS和光学黑传感器区域OBS。
在传感器阵列区域SA中，多个单元像素PX(参照图9)可以形成在第一基板110中。多个单元像素PX的形成可以包括形成光电转换区域(例如，光电二极管PD)。多个单元像素PX的形成可以包括在第一基板110的传感器阵列区域SA中形成多个杂质扩散区域(未示出)。多个单元像素PX的形成可以包括在第一基板110的第一表面110F上形成多个栅极电极122。
之后，第一基板110的前表面110F可以在传感器阵列区域SA中用层间绝缘层124覆盖，并且多层互连结构128可以形成在传感器阵列区域SA中。多层互连结构128可以包括多个互连线126，并且多层互连结构128的互连线126的至少部分可以通过层间绝缘层124绝缘。在传感器阵列区域SA中的多层互连结构128的形成期间，多层互连结构138可以形成在第一焊盘区域PA1中。多层互连结构138可以包括层间绝缘层134和多个互连线136，并且多层互连结构138的互连线136的至少部分可以通过层间绝缘层134绝缘。
在某些示例实施方式中，层间绝缘层124和134的每个可以包括多个层。在传感器阵列区域SA和第一焊盘区域PA1中，多个互连线126和多个互连线136当中的形成在相同的水平面的层可以在相同的工艺期间形成。
在某些示例实施方式中，层间绝缘层124和134可以包括从由可流动的氧化物(FOX)、高密度等离子体(HDP)氧化物、东燃硅氮烷(TOSZ)、旋涂玻璃(SOG)和非掺杂的石英玻璃(USG)组成的组选择的至少一种材料。
第三绝缘层192可以在层间绝缘层124和134上形成至期望的(或者，可选地，预定的)厚度。第三绝缘层192可以包括硅氧化物。第三绝缘层192可以包括例如从由FOX、HDP氧化物、TOSZ、SOG和USG组成的组选择的至少一种材料。
参照图16，可以制备包括电路区域CA和第二焊盘区域PA2的第二基板210。
在电路区域CA中，多个阱212(其可以被要求来构成多个电路诸如LC和ANA(参照图9))可以形成在第二基板210中。多个阱212可以包括第一导电类型的第一阱212A和第二导电类型的第二阱212B。多个栅极电极222(其可以被要求来构成多个电路20(参照图2))可以形成在第二基板210上。此外，多个源极和漏极区域218可以形成在多个阱212中且在栅极电极122的两侧。
在电路区域CA中，多个互连线226可以形成在第二基板210上，并且层间绝缘层224可以形成为覆盖多个互连线226。多个互连线226和层间绝缘层224可以被称为多层互连结构228。在形成多个互连线226和层间绝缘层224的工艺期间，多个互连线236和层间绝缘层234也可以形成在第二焊盘区域PA2中。
在某些实施方式中，层间绝缘层224和234可以包括从由FOX、HDP氧化物、TOSZ、SOG和USG组成的组选择的至少一种材料。
第四绝缘层252可以在层间绝缘层224和234上形成至期望的(或者，可选地，预定的)厚度。第四绝缘层252可以包括硅氧化物。第四绝缘层252可以包括例如从由FOX、HDP氧化物、TOSZ、SOG和USG组成的组选择的至少一种材料。
参照图17，第一基板110可以附接到第二基板210上，使得第一基板110的前表面110F面对第二基板210的前表面210F。
在将第一基板110附接到第二基板210上的示范性工艺中，第一基板110和第二基板210可以定位为使得第一基板110的第三绝缘层192的顶表面与第二基板210的第四绝缘层252的顶表面接触。第三绝缘层192可以通过采用氧化物-氧化物直接接合法附接到第四绝缘层252。
可选地，在附接工艺之前，可以对第三绝缘层192的表面和第四绝缘层252的表面进行预处理工艺或热工艺。此外，在附接工艺期间，当第三绝缘层192的顶表面与第四绝缘层252的顶表面接触时，可以对第一基板110和第二基板210进行热工艺。例如，热工艺可以在约100℃至约400℃的温度进行，但是本发明构思不限于此。
参照图18，第一基板110的后表面110B可以通过去除半导体基板110T而暴露。在某些实施方式中，半导体基板110T可以通过采用化学机械抛光(CMP)工艺、背研磨(BGR)工艺和反应离子蚀刻(RIE)工艺中的至少一种工艺去除。在某些示例实施方式中，第一基板110的暴露的后表面110B可以用氢等离子体处理以修复第一基板110上的缺陷(例如悬挂键)。后表面110B可以被称为第一基板110的“第一表面110B”，前表面110F可以被称为第一基板110的“第二表面110F”。
参照图19，第一绝缘层152可以形成在第一基板110的第二表面110B上。第一绝缘层152可以包括金属氧化物，诸如铪氧化物(HfOx)或铝氧化物(AlOx)。第一绝缘层152可以包括具有固定的负电荷的金属氧化物或金属氧氮化物，使得电荷累积层可以形成在第一绝缘层152和第一基板110之间的界面处。
之后，散热层160可以形成在第一绝缘层152上。散热层160可以包括人造金刚石层、石墨烯层和DLC层中的至少一个。例如，散热层160可以通过采用CVD工艺、等离子体增强CVD(PECVD)工艺、物理气相沉积(PVD)工艺、原子层沉积(ALD)工艺、真空弧沉积工艺或化学剥离工艺形成。
在某些示例实施方式中，散热层160可以通过采用在例如约100℃至约400℃的温度的CVD工艺利用人造金刚石形成。
在某些示例实施方式中，散热层160可以通过CVD工艺或化学剥离工艺采用石墨烯形成。
参照图20，在第一焊盘区域PA1中，第二绝缘层154可以形成在散热层160上。之后，第二绝缘层154、散热层160和第一绝缘层152可以通过使用掩模图案(未示出)被局部蚀刻并从第一焊盘区域PA1去除。结果，基板110和层间绝缘层134的部分可以被暴露。基板110和层间绝缘层134的暴露部分可以被去除以形成第一通路孔170H1。第一通路孔170H1可以穿过第一焊盘区域PA1中的基板110并暴露第一焊盘区域PA1上的互连线136。
在某些示例实施方式中，在用于形成第一通路孔170H1的蚀刻工艺期间，额外的蚀刻工艺可以被进一步进行以穿过层间绝缘层134、第三绝缘层192和第四绝缘层252，去除层间绝缘层234的一部分，并暴露第二基板210上的互连线236。在进行用于形成第二通路孔170H2的额外蚀刻工艺直到互连线236在第二基板210上被暴露时，由第一通路孔170H1的底表面暴露的互连线136可以用作蚀刻停止层，使得第一通路孔170H1可以不再被蚀刻。因此，第二通路孔170H2可以形成为比第一通路孔170H1大的深度。
在某些示例实施方式中，第一通路孔170H1和第二通路孔170H2可以通过采用不同的蚀刻工艺形成。
之后，可以去除蚀刻掩模图案。
参照图21，通路绝缘层172可以形成在第一通路孔170H1和第二通路孔170H2的内壁上。通路绝缘层172可以包括氧化物层、氮化物层、碳化物层或其组合。在某些实施方式中，通路绝缘层172可以通过采用CVD工艺或PVD工艺形成。尽管没有示出，但是可以形成阻挡层。
之后，第一通路孔170H1和第二通路孔170H2可以分别用第一连接通路170C1和第二连接通路170C2填充。第一连接通路170C1和第二连接通路170C2的每个可以包括多个金属层。在形成第一连接通路170C1和第二连接通路170C2的示范性工艺中，可以进行多个电镀工艺以形成多个金属层。
之后，导电层(未示出)可以形成在第二绝缘层154以及第一连接通路170C1和第二连接通路170C2上并被图案化，从而形成分别电连接到第一连接通路170C1和第二连接通路170C2的第一导电焊盘170P1和第二导电焊盘170P2。
在另一情况下，第一导电焊盘170P1和第二导电焊盘170P2的形成可以包括在形成第一导电通路170C1和第二导电通路170C2期间在第二绝缘层154上形成导电层(未示出)以及去除导电层以仅留下导电层的位于第一通路孔170H1和第二通路孔170H2周围的第二绝缘层154上的部分。
散热层160的顶表面可以通过从有源像素传感器区域APS去除第二绝缘层154而暴露。
参照图22，钝化层180可以形成在第一导电焊盘170P1和第二导电焊盘170P2、第二绝缘层154和散热层160上。钝化层180可以被局部地去除以暴露第一焊盘区域PA中的第一导电焊盘170P1和第二导电焊盘170P2的顶表面并暴露有源像素传感器区域APS中的散热层160的顶表面。
滤色器层182和微透镜184可以顺序地形成在散热层160上。
在某些实施方式中，在滤色器层182和微透镜184的形成期间，第一导电焊盘170P1和第二导电焊盘170P2的顶表面可以覆盖有保护层(未示出)，最终的钝化层(未示出)可以形成在滤色器层182和微透镜184上，并且覆盖第一导电焊盘170P1和第二导电焊盘170P2的不必要的层可以被去除以再次暴露第一导电焊盘170P1和第二导电焊盘170P2。
随后，支撑基板260可以附接到第一基板110的其上形成滤色器层182和微透镜184的后表面110B。粘合构件262可以插设在第一基板110和支撑基板260之间，使得支撑基板260可以附接到第一基板110的后表面110B。
附接有支撑基板260的第一基板110和第二基板210的堆叠结构可以被上下颠倒，使得第二基板210的后表面210B可以面向上。
可以进行减薄工艺以从第二基板210的后表面210B去除期望的(或者，可选地，预定的)厚度。例如，减薄工艺可以通过采用CMP工艺、BGR工艺和RIE工艺中的至少一个进行。
在图像传感器100E中，由于散热层160位于有源像素传感器区域APS的整个区域上，所以在电路区域CA中包括的电路20(参照图2)的运行期间产生的热可以遍及传感器阵列区域SA的整个区域均匀地分布。因此，在传感器阵列区域SA中可以减少和/或防止暗电流的不均匀产生。
图23是包括根据某些示例实施方式的图像传感器的***1000的方框图。
参照图23，***1000可以是可利用图像数据的计算***、照相机***、便携式摄像机、便携式电话、扫描仪、汽车导航、视频电话、安全***、游戏主机、医用微型照相机、机器人和运动检测***中的任何一个。
***1000可以包括中央处理单元(CPU)(或处理器)1100、非易失性存储器1200、图像传感器1300、输入/输出(I/O)装置1400和随机存取存储器(RAM)1500。CPU 1100可以通过总线1600与非易失性存储器1200、图像传感器1300、I/O装置1400和RAM 1500通信。图像传感器1300可以通过以上参照图1至图22描述的根据某些示例实施方式的图像传感器10、10A、100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H和100I中的至少一个实施或者与CPU 1100结合到单个半导体封装中。
图24是包括根据某些示例实施方式的图像传感器的电子***2000和接口的方框图。
参照图24，电子***2000可以通过能够使用或支持移动产业处理器接口的数据处理装置(例如移动电话、个人数字助理(PDA)、便携式多媒体播放器(PMP)或智能电话)实施。电子***2000可以包括应用处理器2010、图像传感器2040和显示器2050。
提供在应用处理器2010中的照相机串行接口(CSI)主机2012可以通过CSI而与图像传感器2040的CSI器件2041串行通信。在此情况下，光学串并行转换器提供在CSI主机2012中，并且光学并串行转换器可以提供在CSI器件2041中。图像传感器2040可以包括根据某些示例实施方式的参照图1至图22描述的图像传感器10、10A、100、100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H和100I中的至少一个。
提供在应用处理器2010中的显示器串行接口(DSI)主机2011可以通过DSI而与显示器2050的DSI器件2051串行通信。在此情况下，例如，光学并串行转换器可以提供在DSI主机2011中，并且光学串并行转换器可以提供在DSI器件2051中。
电子***2000还可以包括能够与应用处理器2010通信的RF芯片2060。电子***2000的PHY 2013可以基于MIPI DigRF而与RF芯片2060的PHY2061交换数据。
电子***2000还可以包括全球定位***(GPS)2020、存储器2070、麦克风2080、动态随机存取存储器(DRAM)2085和扬声器2090。电子***2000可以通过采用微波存取全球互通(WiMAX)2030、无线局域网络(WLAN)2100和超宽带(UWB)2110进行通信操作。
应当理解，这里描述的示例实施方式应当被认为仅是描述性的含义而不是为了限制的目的。对根据示例实施方式的每个器件或方法内的特征或方面的描述应当通常被认为可用于根据示例实施方式的其它器件或方法中的其它类似的特征或方面。尽管已经具体示出和描述了某些示例实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节上的变化，而没有脱离权利要求的精神和范围。
本申请要求于2015年10月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0142168号的权益，其公开内容通过引用整体地结合于此。

Claims (15)

1.一种图像传感器，包括：
第一基板，所述第一基板包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面是所述第一基板的相反的表面，所述第一基板包括有源像素传感器区域、围绕所述有源像素传感器区域的光学黑传感器区域、和在所述光学黑传感器区域的一侧的周边电路区域，所述有源像素传感器区域包括光电转换区域；
微透镜，在所述第一表面上；
多层互连结构，在所述第二表面上；以及
散热层，在所述第一表面和/或所述第二表面上，所述散热层垂直地交叠所述周边电路区域的至少一部分和所述光学黑传感器区域两者，所述散热层包括人造金刚石层、石墨烯层和类金刚石碳层中的至少一个。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述散热层在所述第一基板的所述第一表面和所述微透镜之间。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述散热层在所述第二表面上，使得所述多层互连结构在所述散热层和所述第二表面之间。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述散热层垂直地交叠所述有源像素传感器区域。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其中所述散热层在所述有源像素传感器区域的全部上。
6.如权利要求1所述的图像传感器，其中
所述散热层在所述多层互连结构上，并且
所述图像传感器还包括热辐射构件，所述热辐射构件连接到所述散热层的至少一部分。
7.如权利要求1所述的图像传感器，还包括：
第二基板，所述第二基板通过连接通路电联接到所述有源像素传感器区域，所述连接通路延伸穿过所述第一基板，所述第二基板具有顶表面，所述第二基板的所述顶表面面对所述第一基板的所述第二表面，所述第二基板包括电路区域，
其中所述散热层在所述第一基板的所述第二表面和所述第二基板的所述顶表面之间。
8.如权利要求7所述的图像传感器，其中
所述散热层与所述多层互连结构接触，并且
所述散热层在所述电路区域的全部上。
9.一种图像传感器，包括：
第一基板，所述第一基板包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面是所述第一基板的相反的表面，所述第一基板包括有源像素传感器区域、围绕所述有源像素传感器区域的光学黑传感器区域、和在所述光学黑传感器区域的一侧的周边电路区域，所述有源像素传感器区域包括光电转换区域，所述周边电路区域包括电路区域；
微透镜，在所述第一表面上；
多层互连结构，在所述第二表面上；以及
散热层，在所述第一表面和/或所述第二表面上，其中所述散热层垂直地交叠所述有源像素传感器区域的整个区域、所述光学黑传感器区域和所述电路区域。
10.如权利要求9所述的图像传感器，还包括：
第二基板，所述第二基板通过连接通路电联接到所述第一基板的所述有源像素传感器区域，所述连接通路延伸穿过所述第一基板，所述第二基板具有顶表面，所述顶表面面对所述第一基板的所述第二表面，所述第二基板包括电路区域，
其中所述散热层在所述第一基板的所述第二表面和所述第二基板的所述顶表面之间。
11.如权利要求10所述的图像传感器，其中所述散热层与所述多层互连结构接触并在所述电路区域的全部上。
12.一种图像传感器，包括：
基板，所述基板包括
传感器阵列，所述传感器阵列包括多个单元像素，每个单元像素包括光电转换区域，每个单元像素配置为产生电输出信号，所述多个单元像素包括配置为产生与外部光的波长相对应的有源信号的至少一个有源像素以及配置为阻挡外部光并产生光学黑信号的至少一个光学黑像素，所述光学黑像素围绕所述至少一个有源像素；和
多个电路，在所述至少一个有源像素的一侧，所述多个电路配置为产生驱动信号以驱动所述多个单元像素中的一个或多个单元像素；以及
散热层，在所述基板的表面上，所述散热层垂直地交叠所述多个电路的至少一部分和所述光学黑像素两者，所述散热层配置为跨过所述多个单元像素的至少一部分均匀地分布由所述多个电路中的至少一个电路产生的热。
13.如权利要求12所述的图像传感器，其中所述散热层配置为跨过所述多个单元像素的全部均匀地分布由所述多个电路中的至少一个电路产生的热。
14.如权利要求12所述的图像传感器，其中
所述多个单元像素包括多个有源像素和多个光学黑像素，所述多个光学黑像素围绕所述有源像素；并且
所述散热层在至少所述多个有源像素上。
15.如权利要求14所述的图像传感器，其中所述散热层在所述多个有源像素和所述多个光学黑像素两者上。
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