图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种图像传感器及其制造方法和CMOS图像传感器，所述图像传感器包括：衬底，其具有彼此相对的第一表面和第二表面；第一浮置扩散区，其设置在衬底中并且与第一表面相邻；穿通电极，其设置在衬底中并且电连接到第一浮置扩散区；顺序层叠在第二表面上的绝缘结构、底部电极、光电转换层和顶部电极；滤色器，其埋置在绝缘结构中；以及顶部接触插塞，其穿透绝缘结构以将底部电极连接到穿通电极。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其制造方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年1月5日提交至韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2017-0001940的优先权，其公开内容以引用的方式全文合并于此。
专利技术构思的实施例涉及一种图像传感器及其制造方法，更具体地，涉及一种包括有机光电转换层的图像传感器及其制造方法。
技术介绍
图像传感器可以将光学图像转换成电信号。图像传感器可以分类为电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。CIS可以包括二维布置的多个像素。每个像素或至少一个像素可以包括光电二极管。光电二极管可以配置成将入射光转换成电信号。
技术实现思路
专利技术构思的实施例可以提供一种能够提高集成密度的图像传感器。专利技术构思的实施例还可以提供一种制造具有改善的集成密度的图像传感器的方法。根据示例性实施例，一种图像传感器可以包括：衬底，其具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；第一浮置扩散区，其位于衬底中，第一浮置扩散区与所述第一表面相邻；穿通电极，其位于衬底中，穿通电极与第一浮置扩散区电连接；顺序层叠在所述第二表面上的绝缘结构、底部电极、光电转换层和顶部电极；滤色器，其掩埋在绝缘结构中；以及顶部接触插塞，其穿透绝缘结构，顶部接触插塞将底部电极连接至穿通电极。根据示例性实施例，一种图像传感器可以包括：衬底，具有彼此相对的第一表面和第二表面，衬底包括沿第一方向延伸的像素区域；第一深器件隔离图案和第二深器件隔离图案，第一深器件隔离图案包括在第一方向上延伸的第一延伸部分，且第二深器件隔离图案包括在第一方向上延伸的第二延伸部分，第一延伸部分和第二延伸部分彼此间隔开，像素区域介于第一延伸部分与第二延伸部分之间；穿通电极，其位于衬底中，当在平面图中观察时，穿通电极在各像素区域之间；顺序设置在第二表面上的绝缘结构、光电转换层和顶部电极；底部电极，其位于绝缘结构与光电转换层之间；顶部接触插塞，其位于绝缘结构中以分别将底部电极连接到穿通电极；以及滤色器，其掩埋在绝缘结构中。根据示例性实施例，一种制造图像传感器的方法可以包括步骤：设置具有彼此相对的第一表面和第二表面的衬底；在衬底中形成穿通电极；在第二表面上形成绝缘层；形成穿透绝缘层的顶部接触插塞，顶部接触插塞连接到穿通电极；将滤色器掩埋入绝缘层中；以及在绝缘层上顺序形成底部电极、光电转换层和顶部电极。底部电极连接到顶部接触插塞。根据示例性实施例，一种CMOS图像传感器可以包括：衬底，其包括第一表面和与第一表面相对的第二表面；传输栅极，其位于衬底的第一表面上；微透镜，其位于衬底的第二表面上；以及穿通电极，其位于衬底中，穿通电极从衬底的第一表面延伸至衬底的第二表面，穿通电极包括掺杂多晶硅。附图说明根据附图和所附的详细描述，专利技术构思将变得更加明显。图1是示出根据专利技术构思的一些实施例的图像传感器的示意性框图。图2A和图2B是用于解释根据专利技术构思的一些实施例的图像传感器的光电转换层的操作的电路图。图2C是用于解释根据专利技术构思的一些实施例的图像传感器的光电转换区的操作的电路图。图3是示出根据专利技术构思的一些实施例的图像传感器的平面图。图4A至图4C是示出根据专利技术构思的一些实施例的图像传感器的截面图。图5是示出根据专利技术构思的一些实施例的图像传感器的平面图。图6A至图6K是示出根据专利技术构思的一些实施例的制造图像传感器的方法的截面图。具体实施方式在下文中，将参考附图详细描述专利技术构思的实施例。在整个说明书中，相同的附图标号或相同的附图标记可以表示相同的元件。图1是示出根据专利技术构思的一些实施例的图像传感器的示意性框图。参照图1，图像传感器可以包括光电转换区PD1和PD2、滤色器212和214以及光电转换层PD3。光电转换区PD1和PD2可以设置在衬底110中。光电转换层PD3可以设置在衬底110的表面上，并且滤色器212和214可以设置在光电转换层PD3和衬底110之间。第一波长的光L1、第二波长的光L2和第三波长的光L3可以入射在光电转换层PD3上。第一波长和第二波长可以不同于第三波长。第一波长可以不同于第二波长。例如，第一波长的光L1可以具有红色，第二波长的光L2可以具有蓝色，并且第三波长的光L3可以具有绿色。光电转换层PD3可以从第三波长的光L3产生第三光电信号S3。光电转换层PD3可以透射第一波长的光L1和第二波长的光L2。光电转换层PD3可以由多个像素Px共享。透射穿过光电转换层PD3的光L1和L2可以入射在滤色器212和214上。滤色器212和214可以包括第一滤色器212和第二滤色器214。像素Px中的每个或至少一个可以包括第一滤色器212和第二滤色器214中的一个。第一波长的光L1可以透射穿过第一滤色器212但不可以透射穿过第二滤色器214。第二波长的光L2可以透射穿过第二滤色器214但不可以透射通过第一滤色器212。光电转换区PD1和PD2可以包括第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2。像素Px中的每个或至少一个可以包括第一光电转换区PD1和第二光电转换区PD2中的一个。包括第一滤色器212的像素Px可以包括第一光电转换区PD1，包括第二滤色器214的像素Px可以包括第二光电转换区PD2。例如，第一光电转换区PD1可以设置在第一滤色器212之下，第二光电转换区PD2可以设置在第二滤色器214之下。第一波长的光L1可以通过第一滤色器212入射在第一光电转换区PD1上。第一光电转换区PD1可以从第一波长的光L1产生第一光电信号S1。第二波长的光L2可以通过第二滤色器214入射在第二光电转换区PD2上。第二光电转换区PD2可以从第二波长的光L2产生第二光电信号S2。根据专利技术构思的一些实施例，光电转换层PD3可以位于光电转换区PD1和PD2上，因此可以提高图像传感器的集成密度。在下文中，将参考图2A和图2B描述光电转换层PD3的操作，并且将参照图2C描述光电转换区PD1和PD2的操作。图2A和图2B是用于解释根据专利技术构思的一些实施例的图像传感器的光电转换层的操作的电路图。参考图2A和图2B，各像素中的每个或至少一个可以包括第一源极跟随器晶体管SX、第一复位晶体管RX和第一选择晶体管AX。第一源极跟随器晶体管SX、第一复位晶体管RX和第一选择晶体管AX可以分别包括第一源极跟随器栅极SG、第一复位栅极RG和第一选择栅极AG。第一浮置扩散区FD1可以用作第一复位晶体管RX的源极。第一浮置扩散区FD1可以电连接到第一源极跟随器晶体管SX的第一源极跟随器栅极SG。第一源极跟随器晶体管SX可以连接到第一选择晶体管AX。每个像素的光电转换层PD3可以如下操作。在光被挡住的状态下，可以将电源电压VDD施加到第一复位晶体管RX的漏极和第一源极跟随器晶体管SX的漏极，并且第一复位晶体管RX可以导通。由此，可以泄放在第一浮置扩散区FD1中剩余的电荷。在第一浮置扩散区FD1中的电荷泄放之后第一复位晶体管RX可以断开。当光从外部入射到光电转换层PD3上时，在光电转换层PD3中可以产生光电荷(例如，电子-空穴对)。当将电压VTOP施加到光电转换层PD3时，产生的光电荷可以转移并累积在第一浮置扩散区FD1中。图2A示出了从光电转换层PD3转移至第一浮置扩散区FD1的光电荷是电子的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，包括：衬底，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；第一浮置扩散区，其位于所述衬底中，所述第一浮置扩散区与所述第一表面相邻；穿通电极，其位于所述衬底中，所述穿通电极电连接至所述第一浮置扩散区；顺序层叠在所述第二表面上的绝缘结构、底部电极、光电转换层和顶部电极；滤色器，其掩埋在所述绝缘结构中；以及顶部接触插塞，其穿透所述绝缘结构，所述顶部接触插塞将所述底部电极连接到所述穿通电极，其中，所述穿通电极包括掺杂多晶硅。

【技术特征摘要】
2017.01.05 KR 10-2017-00019401.一种图像传感器，包括：衬底，其具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；第一浮置扩散区，其位于所述衬底中，所述第一浮置扩散区与所述第一表面相邻；穿通电极，其位于所述衬底中，所述穿通电极电连接至所述第一浮置扩散区；顺序层叠在所述第二表面上的绝缘结构、底部电极、光电转换层和顶部电极；滤色器，其掩埋在所述绝缘结构中；以及顶部接触插塞，其穿透所述绝缘结构，所述顶部接触插塞将所述底部电极连接到所述穿通电极，其中，所述穿通电极包括掺杂多晶硅。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述顶部接触插塞的宽度小于所述穿通电极的宽度。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述顶部接触插塞的宽度从所述顶部接触插塞的顶表面到所述第二表面逐渐减小。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述绝缘结构包括：第一绝缘图案，其具有凹区域，所述凹区域包括所述滤色器；以及第二绝缘图案，其位于所述滤色器上。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述穿通电极的一端与所述第二表面实质上共面。6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中，所述穿通电极的所述一端与另一端之间的距离小于所述第二表面与所述第一表面之间的距离。7.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：层间绝缘层，其位于所述第一表面上；以及第一底部接触插塞，其穿透所述层间绝缘层，所述第一底部接触插塞连接到所述穿通电极。8.根据权利要求7所述的图像传感器，还包括：填充绝缘图案，其位于所述穿通电极与所述层间绝缘层之间，其中，所述第一底部接触插塞穿透所述填充绝缘图案。9.根据权利要求7所述的图像传感器，还包括：第二底部接触插塞，其穿透所述层间绝缘层以连接到所述第一浮置扩散区；以及互连线，其位于所述层间绝缘层上，所述互连线将所述第一底部接触插塞与所述第二底部接触插塞电连接。10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中，所述第一底部接触插塞的垂直长度大于所述第二底部接触插塞的垂直长度。11.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：阱掺杂区，其位于所述衬底中，所述阱掺杂区与所述第一表面相邻，所述阱掺杂区具有第一导电类型；光电转换区，其位于所述衬底中且位于所述第二表面与所述阱掺杂区之间，所述光电转换区具有不同于所述第一导电类型的第二导电类型；以及第二浮置扩散区，其位于所述阱掺杂区中，所述第二浮置扩散区具有所述第二导电类型。12.一种图像传感器，包括：衬底，其具有彼此相对的第一表面和第二表面，所述衬底包括沿第一方向设置的像素区域；位于所述衬底中的第一深器件隔离图案和第二深器件隔离图案，所述第一深器件隔离图案包括在第一方向上延伸的第一延伸部分，且所述第二深器件隔离图案包括在第一方向上延伸的第二延伸部分，所述第一延伸部分和所述第二延伸部分彼此间隔开，所述像素区域介于所述第一延伸部分与所述第二延伸部分之间；穿通电极，其位于所述衬底中，当在平面图中观察时，所述穿通电极在各像素区域之间；顺序设置在所述第二表面上的绝缘结构、光电转换层和顶部电极；底部电极，其位于所述绝缘结构与所述光电转换层之间；顶部接触插塞，其位于所述绝缘结构中以分别将所述底部电极连接到所述穿通电极；以及滤色器，其掩埋在所述绝缘结构中，其中，所述穿通电极包括掺杂剂。13....

【专利技术属性】
技术研发人员：李光敏，权锡镇，朴惠允，李范硕，任东模，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR