CN116779621A - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

一种图像传感器，包括：像素划分结构，像素划分结构包括中心部分和位于中心部分的侧壁上的侧部图案结构，像素划分结构在垂直于衬底的上表面的垂直方向上延伸穿过衬底，像素划分结构限定包括单位像素的单位像素区域。图像传感器包括位于每个单位像素区域中的感光元件；平坦化层，平坦化层位于衬底上；滤色器阵列层，滤色器阵列层位于平坦化层上并且包括滤色器；以及微透镜，微透镜位于滤色器阵列层上。侧部图案结构包括：第二侧部图案，第二侧部图案位于中心部分的侧壁上，以及第一侧部图案，第一侧部图案位于第二侧部图案的外侧壁上，第一侧部图案包括氧化硅，并且第二侧部图案包括含碳氮化硅。

Description

图像传感器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2022年3月18日向韩国知识产权局(KIPO)提交的韩国专利申请No.10-2022-0033829的优先权，该韩国专利申请的内容通过引用整体并入本文。
技术领域
一些示例实施例涉及图像传感器。更具体地，一些示例实施例涉及包括像素划分结构(pixel division structure)的图像传感器。
背景技术
在包括像素划分结构的图像传感器中，可能在像素划分结构与感光元件之间的边界处产生电子流，从而产生暗电流，为了减少暗电流，可以将负偏压施加到像素划分结构中包括的中心部分(core)，从而可以通过杂质区域捕获该电子流。因此，像素划分结构的中心部分可以包括多晶硅。
围绕中心部分的侧部图案可以包括用于捕获电子的材料，并且已经研究了用于侧部图案的适当材料。
发明内容
一些示例实施例提供一种具有改善的特性的图像传感器。
根据一些示例实施例，一种图像传感器，包括：像素划分结构，所述像素划分结构包括中心部分和位于所述中心部分的侧壁上的侧部图案结构，所述像素划分结构在垂直方向上延伸穿过衬底，所述垂直方向垂直于所述衬底的上表面，所述像素划分结构限定单位像素区域，并且所述单位像素区域包括单位像素。所述图像传感器包括：位于每个所述单位像素区域中的感光元件；平坦化层，所述平坦化层位于所述衬底上；滤色器阵列层，所述滤色器阵列层位于所述平坦化层上并且包括滤色器；以及微透镜，所述微透镜位于所述滤色器阵列层上。所述侧部图案结构包括：第二侧部图案，所述第二侧部图案位于所述中心部分的所述侧壁上，以及第一侧部图案，所述第一侧部图案位于所述第二侧部图案的外侧壁上，所述第一侧部图案包括氧化硅，并且所述第二侧部图案包括含碳氮化硅。
根据一些示例实施例，一种图像传感器，包括：像素划分结构，所述像素划分结构在垂直方向上延伸穿过衬底，所述垂直方向基本上垂直于所述衬底的上表面，所述像素划分结构包括在所述垂直方向上延伸的中心部分和位于所述中心部分的侧壁上的侧部图案结构，所述像素划分结构限定单位像素区域，所述单位像素区域包括单位像素。所述图像传感器包括：位于每个所述单位像素区域中的感光元件；平坦化层，所述平坦化层位于所述衬底上；滤色器阵列层，所述滤色器阵列层位于所述平坦化层上，所述滤色器阵列层包括滤色器；以及微透镜，所述微透镜位于所述滤色器阵列层上。所述侧部图案结构包括：第二侧部图案，所述第二侧部图案位于所述中心部分的所述侧壁上，以及第一侧部图案，所述第一侧部图案位于所述第二侧部图案的外侧壁上，所述中心部分包括掺杂有p型杂质或n型杂质的多晶硅，所述第一侧部图案包括氧化硅，并且所述第二侧部图案包括碳氮化硅、碳氮氧化硅或碳氮硼化硅。
根据一些示例实施例，一种图像传感器，包括：第一衬底，所述第一衬底在所述第一衬底内部限定第一区域、第二区域、第三区域和第四区域以及位于所述第一衬底下方和上方的空间，所述第二区域围绕所述第一区域，所述第三区域围绕所述第二区域，并且所述第四区域围绕所述第三区域。所述图像传感器包括：第一绝缘中间层，所述第一绝缘中间层位于所述第一衬底上，所述第一绝缘中间层在所述第三区域中包含第一布线；第二绝缘中间层，所述第二绝缘中间层位于所述第一绝缘中间层上并且在所述第三区域中包含第二布线；第二衬底，所述第二衬底位于所述第二绝缘中间层上；和像素划分结构，所述像素划分结构在所述第一区域和第二区域中位于所述第二衬底中，所述像素划分结构包括中心部分和位于所述中心部分的侧壁上的侧部图案结构，所述像素划分结构限定单位像素区域，所述单位像素区域包括单位像素。所述图像传感器包括：位于所述第二衬底的每个所述单位像素区域中的感光元件；转移栅极(TG)，所述TG延伸穿过所述第二衬底的下部，所述TG与所述感光元件接触；浮置扩散(FD)区域，所述FD区域位于所述第二衬底的与所述TG相邻的下部；下平坦化层，所述下平坦化层位于所述第二衬底上；滤色器阵列层，所述滤色器阵列层位于所述下平坦化层上并且包括滤色器；干扰阻挡结构，所述干扰阻挡结构位于所述滤色器之间；以及微透镜，所述微透镜位于所述滤色器阵列层上。所述侧部图案结构包括：第二侧部图案，所述第二侧部图案位于所述中心部分的所述侧壁上，以及第一侧部图案，所述第一侧部图案位于所述第二侧部图案的外侧壁上，所述第一侧部图案包括氧化硅，并且所述第二侧部图案包括含碳氮化硅。
在根据一些示例实施例的图像传感器中，像素划分结构中包括的侧部图案中不会形成空隙或接缝，因此电子的捕获速率可以增加从而减少暗电流。
附图说明
图1是示出根据一些示例实施例的图像传感器中包括的像素划分结构的截面图。
图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10是示出根据一些示例实施例的形成像素划分结构的方法的截面图。
图11是示出氮化硅(SiN)和碳氮化硅(SiCN)相对于磷酸的示例蚀刻速率的曲线图。
图12是示出根据一些示例实施例的像素划分结构的截面图。
图13是示出根据一些示例实施例的图像传感器的俯视图。
图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20和图21是示出根据一些示例实施例的制造图像传感器的方法的截面图。
具体实施方式
根据一些示例实施例的图像传感器和制造图像传感器的方法将从以下结合附图的详细描述中更清楚地理解。
应当理解，尽管在本文中可以使用术语“第一”、“第二”和/或“第三”来描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离本发明构思的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二或第三元件、组件、区域、层或部分。
第一至第四区域I、II、III和IV可以仅指参考衬底、第一衬底和/或第二衬底的内部。或者，第一至第四区域I、II、III和IV也可以指参考衬底、第一衬底和/或第二衬底上方和下方的空间。
基本上平行于参考衬底或第一衬底和/或第二衬底的方向可以被称为水平方向，而与参考衬底或第一衬底和/或第二衬底的表面基本上垂直的方向可以被称为垂直方向。在说明书中，向上与向下、上和上方与下和下面、上表面与下表面以及上部与下部是相对的概念，以描述垂直方向上的相对侧，并且根据说明书中要说明的特定部分，每个措辞可能具有相反的含义。
图1是示出根据一些示例实施例的图像传感器中包括的像素划分结构的截面图。
参考图1，像素划分结构250可以在垂直方向上延伸穿过衬底100，并且在俯视图中可以具有栅格形状。
在一些示例实施例中，衬底100可以包括硅、锗、硅锗或Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体(例如，GaP、GaAs或GaSb)，但示例实施例不限于此。在一些示例实施例中，掺杂有p型杂质的p型阱可以部分或全部形成在衬底100中。
其中分别形成有单位像素的单位像素区域可以由衬底100中的像素划分结构250限定。在一些示例实施例中，单位像素可以沿水平方向布置以形成像素阵列。
在一些示例实施例中，像素划分结构250可以包括在垂直方向上堆叠的第一填充图案结构235和第二填充图案结构225。第二填充图案结构225可以包括在垂直方向上延伸的中心部分和覆盖中心部分的侧壁的第一侧部图案结构。
在一些示例实施例中，中心部分可以包括第二填充图案195和第三填充图案205，并且第一侧部图案结构可以包括第一侧部图案175的上部和第二侧部图案185。
在一些示例实施例中，第二填充图案195可以包括掺杂有p型杂质(例如，硼)或n型杂质(例如，磷)的多晶硅。第三填充图案205可以包括未掺杂的多晶硅，或者掺杂有与第二填充图案195中包括的杂质基本相同的杂质的多晶硅。
在一些示例实施例中，第三填充图案205的宽度可以从其底部朝向顶部逐渐减小。在一些示例实施例中，第二填充图案195的与第三填充图案205相邻的部分可以具有从其底部朝向顶部逐渐增大的宽度。
在一些示例实施例中，中心部分的包括第二填充图案195和第三填充图案205的部分的下表面可以具有凹形。
第二侧部图案185可以覆盖中心部分的侧壁，并且第一侧部图案175的上部可以覆盖第二侧部图案185的外侧壁。第一侧部图案175可以包括氧化物，例如，氧化硅。
在一些示例实施例中，第二侧部图案185可以包括相对于磷酸(H3PO4)的蚀刻速率小于氮化硅(Si3N4)相对于磷酸的蚀刻速率的材料，例如，含碳氮化硅。
在一些示例实施例中，第二侧部图案185可以包括例如碳氮化硅(SiCN)。或者，第二侧部图案185可以包括例如碳氮氧化硅(SiOCN)、碳氮硼化硅(SiBCN)等，但示例实施例不限于此。
在一些示例实施例中，第二侧部图案185中包含的碳的原子百分比可以为大约1at％至大约20at％。
第一填充图案结构235可以包括位于中心部分和第二侧部图案185下方的第四填充图案215、位于第四填充图案215的侧壁上的第一侧部图案175的下部、覆盖第一侧部图案175的下部的外侧壁的第一填充图案145、以及覆盖第一填充图案145的外侧壁和上表面的第一焊盘125和第二焊盘135。
在一些示例实施例中，第四填充图案215可以具有宽度相对小的上部和宽度相对大的下部。第四填充图案215可以包括氧化物，例如，氧化硅。
第一侧部图案175的上部可以被包括在第二填充图案结构225中，第一侧部图案175的下部可以被包括在第一填充图案结构235中。第一侧部图案175的下部和上部可以彼此连接并且一体地形成。第一侧部图案175的下部可以覆盖第四填充图案215的上部的侧壁以及第四填充图案215的下部的上表面和侧壁。
第一填充图案145可以覆盖第一侧部图案175的位于第四填充图案215的下部的侧壁上的部分的外侧壁。第一填充图案145可以包括氧化物，例如，氧化硅。
第二焊盘135可以覆盖第一填充图案145的侧壁和上表面，而可以不覆盖第一填充图案145的下部的侧壁。第一焊盘125可以覆盖第二焊盘135的外侧壁和上表面。第一焊盘125可以包括氧化物，例如，氧化硅；第二焊盘135可以包括氮化物，例如，氮化硅。
在一些示例实施例中，第一填充图案结构235的宽度可以大于第二填充图案结构225的宽度。
杂质区域160可以形成在衬底100的与像素划分结构250相邻的部分处，并且可以包括p型杂质，例如硼。
在包括像素划分结构250的图像传感器中，电子可能在像素划分结构250与感光元件之间的边界处流动从而产生暗电流，负偏压可以被施加到像素划分结构250中包括的中心部分，使得电子流可以被杂质区域160捕获以减少暗电流。
因此，包括在像素划分结构250中的中心部分可以包括掺杂的或未掺杂的多晶硅，并且围绕中心部分的第一侧部图案结构可以具有包括氮化硅(其可以具有用于捕获电子的高介电常数)的第二侧部图案185。
如下文参考图7所描述的，第二侧部图案185可以通过使用磷酸的湿法蚀刻工艺去除第二侧部层180的上部来形成。氮化硅可以具有相对于磷酸的高蚀刻速率，并且因此除了第二侧部层180的上部，第二侧部层180的下部也可以在湿法蚀刻工艺期间被去除，从而可以在第二侧部图案185中形成空隙或接缝。在一些示例实施例中，由于暗电流导致的电子的捕获无法很好地执行。
然而，在一些示例实施例中，第二侧部层180可以包括相对于磷酸的蚀刻速率低于氮化硅相对于磷酸的蚀刻速率的材料，例如，含碳氮化硅，因此在湿法蚀刻工艺期间，第二侧部层180不会被过度蚀刻。结果，在第二侧部图案185中不会形成空隙或接缝，因此电子的捕获速率可以增加从而减少暗电流。
图2至图10是示出根据一些示例实施例的形成像素划分结构的方法的截面图，并且图11是示出氮化硅(SiN)和碳氮化硅(SiCN)相对于磷酸的蚀刻速率的曲线图。
参考图2，可以去除衬底100的上部以形成第一沟槽110，并且可以在其上具有第一沟槽110的衬底100上顺序地堆叠第一焊盘层120、第二焊盘层130和第一填充层140。
在一些示例实施例中，第一沟槽110在俯视图中可以具有栅格图案。
参考图3，可以通过蚀刻工艺顺序地去除第一填充层140、第二焊盘层130、第一焊盘层120和衬底100，以形成第二沟槽150。
蚀刻工艺可以是例如干法蚀刻工艺，因此可以使用蚀刻掩模在第一填充层140上执行该蚀刻工艺。由于第一填充层120的蚀刻速率与第二焊盘层130的蚀刻速率之间的差异，第二沟槽150可以形成为在第一焊盘层120和第二焊盘层130中的宽度小于在第一填充层150中的宽度。
在下文中，在第二沟槽150中，延伸穿过衬底100的一部分以及第一焊盘层120和第二焊盘层130的部分可以被称为下部，延伸穿过第一填充层140的部分可以被称为上部。
P型杂质，例如硼，可以通过离子注入工艺掺杂到衬底100的与第二沟槽150相邻的部分中，以形成杂质区域160。
参考图4，可以在第二沟槽150的内壁和第一填充层140的上表面上形成侧部层结构。
在一些示例实施例中，侧部层结构可以包括顺序堆叠的并且包括不同材料的第一侧部层170和第二侧部层180。第一侧部层170可以包括氧化物，例如氧化硅。
在一些示例实施例中，第二侧部层180可以包括相对于磷酸的蚀刻速率小于氮化硅相对于磷酸的蚀刻速率的材料，例如含碳氮化硅。
在示例实施例中，第二侧部层180可以通过在大约600℃至大约780℃的温度下使用硅源气体(例如，Si2Cl6)、碳源气体(例如，C3H6)和氮源气体(例如，NH3)的原子层沉积(ALD)工艺形成，但是示例实施例不限于此。因此，第二侧部层180可以包括碳氮化硅(SiCN)。
或者，第二侧部层180可以包括碳氮氧化硅(SiOCN)、碳氮硼化硅(SiBCN)等，但示例实施例不限于此。
在一些示例实施例中，第二侧部层180中包含的碳的原子百分比可以为大约1at％至大约20at％。
参考图5，可以在侧部层结构上形成第二填充层，第二填充层可以不完全填充第二沟槽150的剩余部分，而是可以形成在第二沟槽150的侧壁和底部上。
在一些示例实施例中，第二填充层可以包括掺杂有p型杂质(例如硼)或n型杂质(例如磷)的多晶硅，并且因此可以包括导电材料。
在示例实施例中，第二填充层可以通过使用硅源气体(例如硅烷(SiH4)气体)和硼源气体(例如乙硼烷(B2H6)气体)或磷源气体(例如磷化氢(PH3)气体)的低压化学气相沉积(LPCVD)工艺或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺形成，但是示例实施例不限于此。
或者，第二填充层可以形成为包括未掺杂的多晶硅，并且硼或磷可以通过例如离子注入工艺、等离子体掺杂工艺、气相掺杂工艺等被掺杂到第二填充层中，使得第二填充层可以包括掺杂有硼或磷的多晶硅。
可以对第二填充层执行蚀刻工艺，从而可以去除第二填充层的位于第二沟槽150的上部的部分，以形成第二填充图案195。
在一些示例实施例中，蚀刻工艺可以使用包括氯气(Cl2)的蚀刻气体来执行，并且可以是各向异性蚀刻工艺。因此，第二填充层的在第二沟槽150的上部处的部分可以被完全去除，并且第二填充层的在第二沟道150的下部处的部分可以保留为第二填充图案195，其可以具有锥形形状，其中宽度从其顶部朝向底部逐渐增加。因此，被第二填充图案195部分填充的第二沟槽150的下部的剩余部分可以具有从其顶部朝向底部逐渐减小的宽度。
在一些示例实施例中，用于形成第二填充层的沉积工艺和第二填充层的蚀刻工艺可以在同一腔室中原位执行，或者在不同腔室中异位执行。
在示例实施例中，保留在第二沟槽150中的第二填充图案195的最上表面可以低于第一焊盘层120的下表面，然而，示例实施例不限于此。即，第二填充图案195在第二沟槽150中的最上表面可以低于第二沟槽150的上部的底部(即，第二焊盘层130在第一沟槽110中的上表面)或基本上与其共面。
参考图6，可以在第二填充图案195上形成第三填充层以填充第二沟槽150，并且可以对第三填充层进行蚀刻，直到位于第二沟槽150中的第二填充图案195的部分的上表面被暴露。
因此，可以在第二沟槽150的下部在第二填充图案195上形成第三填充图案205。第三填充图案205可以具有凹形上表面。在示例实施例中，第三填充图案205在垂直方向上的截面可以具有V形。
可以通过沉积工艺(例如，LPCVD工艺、PECVD工艺等)形成第三填充层。如上所示，第二沟槽150的下部的其余部分的宽度可以从其顶部朝向底部逐渐减小，因此当第三填充层被沉积在第二沟槽150的下部时，不会形成空隙或接缝。
在一些示例实施例中，第三填充图案205可以包括未掺杂的多晶硅。在其他示例实施例中，第三填充图案205可以包括掺杂有n型杂质的多晶硅。
位于第二沟槽150下部的第二填充图案195和第三填充图案205可以形成中心部分。
参考图7，第二侧部层180的在高于中心部分的上表面的高度处的部分(即，第二侧部层180的上部)可以被去除，以使得第二侧部图案185可以保留在第二沟槽150的下部。
在一些示例实施例中，可以通过使用例如磷酸作为蚀刻剂的湿法蚀刻工艺去除第二侧部层180的上部。随着第二侧部层180的上部被去除，第一侧部层170的上部的表面可以被暴露。
如上所述，第二侧部层180可以包括相对于磷酸具有低蚀刻速率的材料，例如，含碳氮化硅。
图11示出了氮化硅(SiN)和碳氮化硅(SiCN)相对于磷酸(H3PO4)的蚀刻速率。碳氮化硅中碳的原子百分比为大约6.3at％。
参考图11，碳氮化硅(SiCN)随时间推移的蚀刻量远小于氮化硅(SiN)随时间推移的蚀刻量，并且碳氮化硅(SiCN)的蚀刻速率等于或小于氮化硅的蚀刻速率的大约9％。
因此，当通过使用磷酸的湿法蚀刻工艺去除第二侧部层180的上部时，第二侧部层180的下部可以不被蚀刻，以防止在剩余在第二沟槽150的下部中的第二侧部图案185中产生空隙或接缝。
可以在中心部分、第二侧部图案185和第一侧部层170的上部的表面上形成第四填充层210，以填充第二沟槽150、第三沟槽和第四沟槽。
参考图8，第四填充层210可以形成在中心部分、第二侧部图案185和第一侧部层170的上部的暴露表面上，以填充第二沟槽150。
第四填充层210可以包括氧化物，例如氧化硅。
可以在其上具有上述结构的衬底100上执行热处理工艺。
参考图9，可以对第四填充层210、第一侧部层170和第一填充层140进行平坦化，直到第二焊盘层130的上表面被暴露。
在一些示例实施例中，平坦化工艺可以包括化学机械抛光(CMP)工艺和/或回蚀工艺。
通过平坦化工艺，第四填充层210可以转变成第四填充图案215，第一侧部层170可以转变成第一侧部图案175，第一填充层140可以转变成第一填充图案145。第一侧部图案175和第二侧部图案185可以形成第一侧部图案结构。
参考图10，可以部分地去除第二焊盘层130以形成第二焊盘135，因此可以部分地暴露第一焊盘层120的上表面。
可以通过例如湿法蚀刻工艺去除第二焊盘层130。
可以执行离子注入工艺以在衬底100中形成感光元件，并且可以去除第一焊盘层120的暴露部分。因此，第一焊盘层120可以保留为第一焊盘125，并且衬底100的上表面可以被暴露。
在下文中，第四填充图案215和第一侧部图案175的位于第四填充图案215的侧壁上的上部、第一填充图案145以及第一焊盘125和第二焊盘135可以被称为第一填充图案结构235。另外，包括第二填充图案195和第三填充图案205的中心部分以及包括第一侧部图案175的下部和第二侧部图案185的第一侧部图案结构可以被称为第二填充图案结构225。
在垂直方向上堆叠的第二填充图案结构225和第一填充图案结构235可以被称为像素划分结构250。
再次参考图1，包括像素划分结构250的衬底100可以被翻转，并且在下文中，包括像素划分结构250的衬底100中的结构的上部和下部可以彼此改变。
可以去除衬底100的上部。在一些示例实施例中，可以通过例如研磨工艺和/或抛光工艺(例如CMP工艺)去除衬底100的上部。因此，可以去除像素划分结构250中包括的第二填充图案结构225的上部。
也就是说，可以去除第二填充图案结构225中包括的中心部分的上部和第一侧部图案结构的上部，并且可以暴露第一侧部图案结构中包括的第一侧部图案175的上部和第二侧部图案185。结果，像素划分结构250可以延伸穿过衬底100。
像素划分结构250可以通过上述工艺形成。
如上所述，第二侧部层180可以包括相对于磷酸的蚀刻速率低于氮化硅相对于磷酸的蚀刻速率的材料，该磷酸可以用作用于去除第二侧部层180的上部的湿法蚀刻工艺中的蚀刻剂。因此，第二侧部层180的下部在湿法蚀刻工艺期间不会被过度蚀刻，从而在第二侧部图案185中不会形成空隙或接缝。
图12是示出根据一些示例实施例的像素划分结构的截面图。除了进一步包括第三侧部图案177之外，该像素划分结构可以与图1的像素划分结构基本相同或类似，因此在此省略对其的重复解释。
参考图12，像素划分结构250可以包括第一填充图案结构235和第二填充图案结构225，第二填充图案结构225可以包括具有第二填充图案195和第三填充图案205的中心部分以及第二侧部图案结构。
在一些示例实施例中，第二侧部图案结构可以包括第一侧部图案175的上部、第二侧部图案185和第三侧部图案177。
第三侧部图案177可以包括氧化物，例如氧化硅。
图13是示出根据一些示例实施例的图像传感器的俯视图。
该图像传感器可以包括与参考图1所示的像素划分结构基本相同或类似的像素划分结构，因此在此省略其重复说明。该图像传感器还可以包括与参考图12所示的像素划分结构基本相同或类似的像素划分结构。
参考图13，图像传感器可以包括在第一至第四区域I、II、III和IV中沿垂直方向顺序堆叠的第二衬底500、第二绝缘中间层520、第一绝缘中间层410、第一衬底300和下平坦化层660。滤色器阵列层780、微透镜800和透明保护层820可以顺序地堆叠在第一区域I中的下平坦化层660上，阻挡图案700和导电图案710可以顺序地层叠在第二区域II和第三区域III中的下平坦化层660上。遮光滤色器层777可以形成在导电图案710上，上平坦化层810可以形成在导电图案710上以覆盖遮光滤色器层777，并且透明保护层820可以形成在上平坦化层810上。上平坦化层810和透明保护层820可以顺序地堆叠在第四区域IV中的下平坦化层660上。
图像传感器还可以包括：被包含在第一绝缘中间层410中的第一至第三布线370、380和390以及第一通路350和第二通路360、在垂直方向上延伸穿过第一衬底300的像素划分结构250、位于由像素划分结构250限定的每个单位像素区域中的感光元件320、延伸穿过第一衬底300的下部并且具有从第一衬底300的第一表面302突出且被第一绝缘中间层410覆盖的下部的转移栅极(TG)330，以及在第一区域I和第二区域II中位于第一衬底300的与TG 330相邻的下部的浮置扩散(FD)区域340。
图像传感器还可以包括：位于包括在滤色器阵列层780中的滤色器772和774之间的干扰阻挡结构725，以及在第一区域I中的下平坦化层660上覆盖干扰阻挡层725的表面的保护层760。
图像传感器还可以包括：包含在第一绝缘中间层410中的第四布线400、包含在第二绝缘中间层520中的第五布线510、以及延伸穿过下平坦化层660、第一衬底300、第一绝缘中间层410和第二绝缘中间层520的上部以共同接触第三区域III中的第四布线400和第五布线510的第一通路结构。
图像传感器还可以包括包含在第二绝缘中间层520中的第五布线510、延伸穿过下平坦化层660和第一衬底300的上部的导电焊盘730、以及延伸穿过下平坦化层660、第一衬底300、第一绝缘中间层410和第二绝缘中间层520的上部以与第五布线接触510接触的第二通路结构。
图像传感器还可以包括位于第一衬底300的与第一衬底300的第一表面302相邻的下部的各种晶体管。所述晶体管可以包括例如源极跟随器晶体管、复位晶体管和选择晶体管。TG 330和FD区域340可以形成转移晶体管。即，感光元件320可以用作转移晶体管的源极区域，FD区域340可以用作转移晶体管的漏极区域。
在一些示例实施例中，在俯视图中，第一区域I可以具有正方形或矩形的形状，第二区域II可以围绕第一区域I，第三区域III可以围绕第二区域II，第四区域IV可以围绕第三区域III，然而，示例实施例不限于此。
在一些示例实施例中，第一区域I可以是形成有源像素的有源像素区域，第二区域II可以是形成有光学黑色(OB)像素的OB像素区域，第三区域III可以是形成有第一通路结构的堆叠区域，并且第四区域IV可以是形成有导电焊盘730的焊盘区域。
第一衬底300可以包括第一表面302和与第一表面302相对的第二表面304，并且第二衬底500可以包括第三表面502和与第三表面502相对的第四表面504。图13示出了第一表面302被设置在第二表面304下方并且第三表面502被设置在第四表面504上方。
在一些示例实施例中，p型杂质可以被掺杂到第一衬底300的一部分或整个部分中，以形成p型阱。
像素划分结构250可以在第一区域I和第二区域II中沿垂直方向延伸，并且在俯视图中可以具有栅格图案。由像素划分结构250限定的多个单位像素区域可以沿水平方向布置。像素划分结构250可以与图1或图12的像素划分结构基本相同或类似。
在一些示例实施例中，感光元件320可以是光电二极管(PD)的一部分。感光元件320可以是在第一衬底300的第一区域I和第二区域II中的p阱中掺杂有n型杂质的杂质区域，因此感光元件320和p阱可以形成PN结二极管。
感光元件320可以形成在第一区域I和第二区域II中由像素划分结构250限定的每个单位像素区域中，然而，感光元件320可以不形成在第二区域I中的一些单位像素区域中。
TG 330可以包括从第一衬底300的第一表面302沿垂直方向向上延伸的掩埋部分以及位于掩埋部分下方并且具有低于第一衬底300的第一表面302的底表面的突出部分。
FD区域340可以形成在第一衬底300的与第一表面302和TG 330相邻的部分处，并且可以掺杂有n型杂质。
第一通路350可以与TG 330接触，并且可以连接到第一布线370。第二通路360可以与FD区域340接触，并且可以连接到第二布线380。
可以连接到各种晶体管(即，源极跟随器晶体管、复位晶体管和选择晶体管)的通路和布线可以进一步形成在第一区域I和第二区域II中的第一绝缘中间层410中。图13示出了第三布线390和第四布线400在垂直方向上形成在两个高度处，然而，示例实施例不限于此。
第一绝缘中间层410和第二绝缘中间层520均可以包括氧化物，例如氧化硅或低k电介质材料。
下平坦化层660可以包括在垂直方向上顺序堆叠的第一层610、第二层620、第三层630、第四层640和第五层650。例如，第一层610、第二层620、第三层630、第四层640和第五层650可以分别包括氧化铝、氧化铪、氧化硅、氮化硅和氧化铪，但是示例实施例不限于此。
干扰阻挡结构725可以形成在下平坦化层660上，以在垂直方向上与像素划分结构250交叠，并且在俯视图中可以具有栅格图案。在一些示例实施例中，干扰阻挡结构725可以包括在垂直方向上堆叠的第一干扰阻挡图案705和第二干扰阻挡图案715。第一干扰阻挡图案705可以包括金属氮化物，而第二干扰阻挡图案715可以包括金属。或者，第二干扰阻挡图案715可以包括低折射率材料(LRIM)。
保护层760可以包括金属氧化物，例如氧化铝。
滤色器阵列层780可以形成在保护层760上，并且滤色器阵列层780中包括的第一滤色器772、第二滤色器774和第三滤色器的侧壁和底表面可以被保护层760覆盖。第一滤色器772、第二滤色器774和第三滤色器可以分别是绿色滤色器G、蓝色滤色器B和红色滤色器R，但示例实施例不限于此。
在一些示例实施例中，遮光滤色器层777可以包括与第二滤色器774相同或基本相同的成分，其可以吸收在滤色器阵列层780中包括的第一滤色器772、第二滤色器774和第三滤色器中具有相对大的波长的光。
遮光滤色器层777可以形成在第二区域II和第三区域III中的下平坦化层660和第一通路结构上，并且可以与第一区域I在水平方向上间隔开期望距离(或者，给定距离)。
第一通路结构可以包括：在垂直方向上延伸穿过下平坦化层660、第一衬底300、第一绝缘中间层410和第二绝缘中间层520的上部的第五填充图案740，覆盖第五填充图案740的下表面和侧壁的导电图案710，覆盖导电图案710的下表面和侧壁的阻挡图案700，以及位于第五填充图案740的上表面上的第一覆盖图案745。
第二通路结构可以包括：在垂直方向上延伸穿过下平坦化层660、第一衬底300、第一绝缘中间层410和第二绝缘中间层520的上部的第六填充图案750，覆盖第六填充图案750的下表面和侧壁的导电图案710，覆盖导电图案710的下表面和侧壁的阻挡图案700，以及位于第六填充图案750的上表面上的第二覆盖图案755。
第五填充图案740和第六填充图案750均可以包括例如LRIM，并且第一覆盖图案745和第二覆盖图案755均可以包括例如光刻胶材料。
导电图案710的被包括在第一通路结构中的部分可以共同地与第四布线400和第五布线510接触，使得第四布线400和第五布线510可以彼此电连接，并且导电图案710的被包括在第二通路结构中的部分可以接触第五布线510，从而电连接到第五布线。
导电图案710可以被包括在第一通路结构和第二通路结构中，并且也可以被形成在第二至第四区域II、III和IV中的下平坦化层660上。导电图案710的位于第二区域II和第三区域III中的部分可以被称为遮光金属图案。
导电图案710可以包括金属，例如钨，阻挡图案700可以包括金属氮化物，例如氮化钛。
导电焊盘730可以与外部布线电连接，并且可以是电信号可以输入到有源像素和/或OB像素的路径，或者可以是电信号从有源像素和/或OB像素输出的路径。导电焊盘730可以包括金属，例如铝。导电焊盘730的下表面和侧壁可以被导电图案710覆盖。
微透镜800可以形成在第一区域I中的滤色器阵列层780和保护层760上，并且上平坦化层810可以形成在第二至第四区域II、III和IV中的遮光滤色器层777和第二通路结构上，然而，上平坦化层810可以包括暴露第四区域IV中的导电焊盘730的上表面的第三开口830。在一些示例实施例中，微透镜800和上平坦化层810可以包括基本上相同的材料，例如，具有高透射率的光刻胶材料。
透明保护层820可以形成在微透镜800和上平坦化层810上。透明保护层810可以包括例如SiO、SiOC、SiC、SiCN等，但是示例实施例不限于此。
图像传感器可以包括参考图1或图2所示的像素划分结构250，因此，在像素划分结构250中包括的第二侧部图案185中不会形成空隙或接缝，从而减少暗电流。
图14至图21是示出根据一些示例实施例的制造图像传感器的方法的截面图。图15是图14的区域Y的放大截面图。该方法可以包括与用于形成参考图1至图11所示的像素划分结构的过程基本相同或类似的过程，因此在此省略其重复说明。
参考图14和图15，可以在包括第一至第四区域I、II、III和IV的第一衬底300中形成像素划分结构250、杂质区域160和感光元件320，并且可以形成TG 330和FD区域340。
在一些示例实施例中，可以将p型杂质(例如，硼)掺杂到第一衬底300的一部分或整个部分中，以形成p阱。
像素划分结构250和杂质区域160可以通过与参考图1至图10所示的工艺基本相同或类似的工艺形成。因此，像素划分结构250可以形成为在第一衬底300的第一区域I和第二区域II中从第一表面302沿垂直方向向下延伸，并且包括p型杂质(例如，硼)的杂质区域160可以形成在第一衬底300的与像素划分结构250相邻的部分处。杂质区域160的杂质浓度可以高于p阱的杂质浓度。
在一些示例实施例中，感光元件320可以是PD的一部分。因此，可以通过将n型杂质(例如，磷)掺杂到第一衬底300的第一区域I和第二区域II中的p阱中来形成感光元件320。
在一些示例实施例中，像素划分结构250可以在形成感光元件320之后形成。
可以通过形成从第一衬底300的第一表面302沿垂直方向向下延伸的第三沟槽，并使用导电材料填充第三沟槽并从沟槽向上突出来形成TG 330。
可以通过将n型杂质(例如，硼)掺杂到第一衬底300的与第一表面302和TG 330相邻的部分中来形成FD区域340。
参考图16，可以在第一衬底300的第一表面302上形成包含第一通路350和第二通路360以及第一至第四布线370、380、390和400的第一绝缘中间层410。
在一些示例实施例中，第一通路350和第二通路360以及第一至第四布线370、380、390和400可以通过双镶嵌工艺或单镶嵌工艺形成。
参考图17，可以在包括第三表面502和第四表面504的第二衬底500的第三表面504上形成包含第五布线510和连接到第五布线510的第三通路的第二绝缘中间层520。
图17示出了第五布线510形成在垂直方向上的第三高度处，然而，示例实施例不限于此。在一些示例实施例中，第五布线510和第三通路可以通过双镶嵌工艺或单镶嵌工艺形成。
参考图18，第一衬底300上的第一绝缘中间层410和第二衬底500上的第二绝缘中间层520可以彼此接合。
在一些示例实施例中，第一绝缘中间层410和第二绝缘中间层520可以通过接合层彼此接合。或者，第一绝缘中间层410和第二绝缘中间层520可以彼此直接结合。在将第一绝缘中间层410和第二绝缘中间层520接合之后，可以翻转接合后的结构，使得第一衬底300的第二表面304可以面向上。
由于第一衬底300和第二衬底500彼此接合，所以第二衬底300上的第五布线510可以设置在第三区域III和第四区域IV中。
参考图19，可以去除第一衬底300的与第二表面304相邻的一部分。
在一些示例实施例中，可以通过抛光工艺(例如，研磨工艺、CMP工艺等)去除第一衬底300的与第二表面304相邻的部分。因此，可以部分地去除像素划分结构250中包括的第二填充图案结构225，并且像素划分结构250可以延伸穿过第一衬底300。
即，可以去除第二填充图案结构225中包括的中心部分的上部和第一侧部图案结构，并且可以暴露第一侧部图案结构中包括的第一侧部图案175和第二侧部图案185的上部。
可以在第一衬底300的第二表面304上形成下平坦化层660。
在示例实施例中，下平坦化层660可以包括在垂直方向上顺序堆叠的第一至第五层610、620、630、640和650。
可以部分地去除第三区域III中的下平坦化层660、第一衬底300、第一绝缘中间层410和第二绝缘中间层520的上部以形成第一开口670，可以去除第四区域IV中的下平坦化层660和第一衬底300的上部以形成第四沟槽680，并且可以去除第四区域IV中的下平坦化层660、第一绝缘中间层410和第二绝缘中间层520的上部以形成第二开口690。
第一开口670可以暴露第一绝缘中间层410中的第四布线400和第二绝缘中间层520中的第五布线510，并且第二开口690可以暴露第二绝缘中间层520中的第五布线510。
参考图20，可以在第一开口670和第二开口690以及第四沟槽680的底部和侧表面以及下平坦化层660的上表面上顺序地形成阻挡层和第一导电层，可以在第一导电层上形成第二导电层以填充第四沟槽680，并且可以暴露第二导电层的上部直到暴露出第一导电层的上表面。
因此，可以在第四区域IV中的第四沟槽680中在第一导电层上形成导电焊盘730。
平坦化工艺可以通过例如化学机械抛光(CMP)工艺和/或回蚀工艺来执行。
可以在第一导电层和导电焊盘730上形成第五填充层，以填充第一开口670和第二开口690，并且可以使第五填充层的上部平坦化，直到暴露出第一导电层的上表面。
可以在第五填充层上执行额外的蚀刻工艺，从而可以在第三区域III中的第一开口670中在第一导电层上形成第五填充图案740，并且可以在第四区域IV中的第二开口690中在第一导电层上形成第六填充图案750。
可以在第五填充图案740和第六填充图案750以及导电焊盘730上形成覆盖层并对该覆盖层进行图案化，以分别在第五填充图案740和第六填充图案750上形成第一覆盖图案745和第二覆盖图案755。
阻挡层和第一导电层的位于第一区域I中的部分可以被图案化，以分别形成第一干扰阻挡图案705和第二干扰阻挡图案715，阻挡层和第二导电层的位于第二区域II中的部分可以分别被保留为阻挡图案700和导电图案710。第一干扰阻挡图案705和第二干扰阻挡图案715可以形成干扰阻挡结构725。
第一区域I中的下平坦化层660的上表面可以部分暴露。
阻挡图案700、导电图案710、第五填充图案740和第一覆盖图案745的位于第三区域III中的第一开口670中的部分可以形成第一通路结构，阻挡图案700、导电图案710、第六填充图案750和第二覆盖图案755的位于第四区域IV中的第二开口690中的部分可以形成第二通路结构。
可以在第一区域I中的下平坦化层660和干扰阻挡结构725上形成保护层760。
参考图21，可以在第一区域I中的保护层760上形成包括第一滤色器772、第二滤色器774和第三滤色器的滤色器阵列层780，并且可以在第二区域II和第三区域III中的导电图案710和第一通路结构上形成遮光滤色器层777。
在一些示例实施例中，第一滤色器772、第二滤色器774和第三滤色器中的每一者可以通过例如经由旋涂工艺在保护层760、导电图案710、第一覆盖图案745和第二覆盖图案755以及导电焊盘730上沉积滤色器层，并且在滤色器层上执行曝光工艺和显影工艺来形成。
遮光滤色器层777可以与滤色器阵列层780中包括的一些滤色器(例如，第二滤色器774)一起形成。
在一些示例实施例中，第一滤色器772、第二滤色器774和第三滤色器可以分别是绿色滤色器G、蓝色滤色器B和红色滤色器R。然而，示例实施例不限于此。
再次参考图13，可以在第一至第四区域I、II、III和IV中的滤色器阵列层780、保护层760、遮光滤色器层777、导电焊盘730和第二覆盖图案755上形成上平坦化层810，并且可以在第一区域I中的上平坦化层810上执行图案化工艺和回流工艺以形成微透镜800。
可以在微透镜800和上平坦化层810上形成透明保护层820，并且可以去除第四区域IV中的透明保护层820的在垂直方向上与导电焊盘730交叠的部分以及上平坦化层810的位于该部分下方的部分，以形成暴露导电焊盘730的上表面的第三开口830。
可以进一步形成上部布线(未示出)以电连接到导电焊盘730，以完成图像传感器的制造。
可以理解，当诸如层、膜、区域或衬底等要素被称为“在”另一个要素“上”时，它可以直接在另一要素上，也可以存在中间要素。相反，当一个要素被称为“直接位于”另一个要素“上”时，不存在中间要素。将进一步理解，当一个要素被称为“在”另一个要素“上”时，它可以在另一个要素之上、之下或相邻(例如，水平相邻)。
可以理解，本文所描述的要素和/或其属性被称为“在”另一个要素“上”，涵盖元素和/或其属性在大小上的相对差等于或小于10％。此外，无论要素和/或其属性是否被修改为“基本上”，都将理解的是，这些要素和/或其属性应被解释为包括所述要素和/或其属性周围的制造或操作公差(例如，±10％)。
上述公开的一个或更多个要素可以包括下列各项或者以下列各项实施：一个或更多个处理电路，例如，包括逻辑电路的硬件；硬件/软件组合，例如执行软件的处理器；或它们的组合。例如，处理电路更具体地可以包括但不限于中央处理器(CPU)、算术逻辑单元(ALU)、数字信号处理器、微型计算机、现场可编程门阵列(FGPA)、片上***(SoC)、可编程逻辑单元、微处理器、专用集成电路(ASIC)等。
如上所述，尽管已经参考一些示例实施例描述了本发明构思，但在实质上不脱离本发明构思的新颖性教导和优点的情况下，可以在示例实施例中进行许多修改。

Claims (20)

1.一种图像传感器，包括：
像素划分结构，所述像素划分结构包括中心部分和位于所述中心部分的侧壁上的侧部图案结构，所述像素划分结构在垂直方向上延伸穿过衬底，所述垂直方向垂直于所述衬底的上表面，所述像素划分结构限定单位像素区域，并且所述单位像素区域包括单位像素；
位于每个所述单位像素区域中的感光元件；
平坦化层，所述平坦化层位于所述衬底上；
滤色器阵列层，所述滤色器阵列层位于所述平坦化层上并且包括滤色器；以及
微透镜，所述微透镜位于所述滤色器阵列层上，
其中，所述侧部图案结构包括：
第二侧部图案，所述第二侧部图案位于所述中心部分的所述侧壁上，以及
第一侧部图案，所述第一侧部图案位于所述第二侧部图案的外侧壁上，所述第一侧部图案包括氧化硅，并且所述第二侧部图案包括含碳氮化硅。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述第二侧部图案包括碳氮化硅、碳氮氧化硅或碳氮硼化硅。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述第二侧部图案中包括的碳的原子百分比为1at％至20at％。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述侧部图案结构还包括位于所述中心部分的所述侧壁与所述第二侧部图案之间的第三侧部图案。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述第三侧部图案包括氧化硅。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述中心部分包括：
第一填充图案，所述第一填充图案包括掺杂有n型杂质或p型杂质的多晶硅；以及
第二填充图案，所述第二填充图案位于所述第一填充图案内部，所述第二填充图案的侧壁被所述第一填充图案围绕，并且所述第二填充图案包括多晶硅。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中，所述第一填充图案在平行于所述衬底的上表面的方向上的宽度从所述第一填充图案的顶部朝向所述第一填充图案的底部减小。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，
所述中心部分和所述侧部图案结构限定第一填充图案结构，并且
所述像素划分结构还包括位于所述第一填充图案结构下方的第二填充图案结构。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其中，在平行于所述衬底的上表面的方向上，所述第二填充图案结构的宽度大于所述第一填充图案结构的宽度。
10.一种图像传感器，包括：
像素划分结构，所述像素划分结构在垂直方向上延伸穿过衬底，所述垂直方向基本上垂直于所述衬底的上表面，所述像素划分结构包括在所述垂直方向上延伸的中心部分和位于所述中心部分的侧壁上的侧部图案结构，所述像素划分结构限定单位像素区域，所述单位像素区域包括单位像素；
位于每个所述单位像素区域中的感光元件；
平坦化层，所述平坦化层位于所述衬底上；
滤色器阵列层，所述滤色器阵列层位于所述平坦化层上，所述滤色器阵列层包括滤色器；以及
微透镜，所述微透镜位于所述滤色器阵列层上，
其中，所述侧部图案结构包括：
第二侧部图案，所述第二侧部图案位于所述中心部分的所述侧壁上，以及
第一侧部图案，所述第一侧部图案位于所述第二侧部图案的外侧壁上，所述中心部分包括掺杂有p型杂质或n型杂质的多晶硅，所述第一侧部图案包括氧化硅，并且所述第二侧部图案包括碳氮化硅、碳氮氧化硅或碳氮硼化硅。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述第二侧部图案中包括的碳的原子百分比为1at％至20at％。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述侧部图案结构还包括位于所述中心部分的所述侧壁与所述第二侧部图案之间的第三侧部图案。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，其中，所述第三侧部图案包括氧化硅。
14.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述中心部分包括：
第一填充图案，所述第一填充图案包括掺杂有n型杂质或p型杂质的多晶硅；以及
第二填充图案，所述第二填充图案位于所述第一填充图案的内部，所述第二填充图案的侧壁被所述第一填充图案围绕，并且所述第二填充图案包括多晶硅。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述第一填充图案在平行于所述衬底的上表面的方向上的宽度从所述第一填充图案的顶部朝向所述第一填充图案的底部减小。
16.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，
所述中心部分和所述侧部图案结构限定第一填充图案结构，并且
所述像素划分结构还包括位于所述第一填充图案结构下方的第二填充图案结构。
17.一种图像传感器，包括：
第一衬底，所述第一衬底在所述第一衬底内部限定第一区域、第二区域、第三区域和第四区域以及位于所述第一衬底下方和上方的空间，所述第二区域围绕所述第一区域，所述第三区域围绕所述第二区域，并且所述第四区域围绕所述第三区域；
第一绝缘中间层，所述第一绝缘中间层位于所述第一衬底上，所述第一绝缘中间层在所述第三区域中包含第一布线；
第二绝缘中间层，所述第二绝缘中间层位于所述第一绝缘中间层上并且在所述第三区域中包含第二布线；
第二衬底，所述第二衬底位于所述第二绝缘中间层上；
像素划分结构，所述像素划分结构在所述第一区域和第二区域中位于所述第二衬底中，所述像素划分结构包括中心部分和位于所述中心部分的侧壁上的侧部图案结构，所述像素划分结构限定单位像素区域，所述单位像素区域包括单位像素；
位于所述第二衬底的每个所述单位像素区域中的感光元件；
转移栅极，所述转移栅极延伸穿过所述第二衬底的下部，所述转移栅极与所述感光元件接触；
浮置扩散区域，所述浮置扩散区域位于所述第二衬底的与所述转移栅极相邻的下部；
下平坦化层，所述下平坦化层位于所述第二衬底上；
滤色器阵列层，所述滤色器阵列层位于所述下平坦化层上并且包括滤色器；
干扰阻挡结构，所述干扰阻挡结构位于所述滤色器之间；以及
微透镜，所述微透镜位于所述滤色器阵列层上，
其中，所述侧部图案结构包括：
第二侧部图案，所述第二侧部图案位于所述中心部分的所述侧壁上，以及
第一侧部图案，所述第一侧部图案位于所述第二侧部图案的外侧壁上，所述第一侧部图案包括氧化硅，并且所述第二侧部图案包括含碳氮化硅。
18.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，
所述第一区域是包括有源像素的有源像素区域，
所述第二区域是包括光学黑色像素的光学黑色像素区域，
所述第三区域是包括通路结构的堆叠区域，并且
所述第四区域是包括焊盘的焊盘区域。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：
遮光金属图案，所述遮光金属图案在所述第二区域中位于所述下平坦化层上；
所述通路结构延伸穿过所述下平坦化层、所述第二衬底、所述第二绝缘中间层以及所述第一绝缘中间层的上部，以共同地接触所述第三区域中的所述第一布线和所述第二布线；并且
所述焊盘在所述第四区域中延伸穿过所述下平坦化层和所述第二衬底的上部。
20.根据权利要求17所述的图像传感器，其中，所述第二侧部图案包括碳氮化硅、碳氮氧化硅或碳氮硼化硅。
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