图像传感器的制作方法

本公开涉及图像传感器，更具体地涉及将成对光电转换器件用于自动聚焦(AF)和其它功能的图像传感器。

背景技术：

图像传感器是将光学图像转换为电信号的器件。随着计算机和通信产业的日益发展，在诸如数码相机、便携式摄像机、个人通信系统、游戏机、监控摄像机、用于医学应用的微型摄像机和/或机器人的各种应用中，有对高性能图像传感器的增长的需求。因此，对具有高性能的成像设备或图像传感器具有增长的需求。

技术实现要素：

本发明构思的一些示例实施方式提供具有改善的光学特性的图像传感器。

在一些实施方式中，一种图像传感器包括第一导电类型的半导体衬底和布置在半导体衬底中且在其中限定第一像素区和第二像素区的器件分隔层。图像传感器进一步包括在各个第一像素区和第二像素区中布置在半导体衬底中的第二导电类型的相应对第一光电转换区和第二光电转换区。在各第一像素区中，相应第一隔离结构被布置在半导体衬底中在第一光电转换区和第二光电转换区之间，以及在各第二像素区中，相应第二隔离结构被布置在半导体衬底中在第一光电转换区和第二光电转换区之间，第二隔离结构在其折射率和/或形状方面不同于第一隔离结构。第一像素区和第二像素区沿正交的第一和第二方向布置成矩阵，以及第二像素区布置在第一像素区中的沿第一方向的相邻第一像素区之间以及在第一像素区中的沿第二方向的相邻第一像素区之间。

附加实施方式提供一种图像传感器，其包括第一导电类型的半导体衬底、以及在半导体衬底中且在其中限定第一像素区和第二像素区的器件分隔层。图像传感器进一步包括在各个第一像素区和第二像素区中的第二导电类型的相应对第一光电转换区和第二光电转换区。在各个第一像素区中，相应第一隔离结构被布置在半导体衬底中在第一光电转换区和第二光电转换区之间，第一隔离结构包括绝缘材料。在各第二像素区中，相应第二隔离结构被布置在半导体衬底中在第一光电转换区和第二光电转换区之间，第二隔离结构包括具有不同于第一隔离结构的折射率的材料。第一像素区和第二像素区沿正交的第一和第二方向布置成矩阵，以及第二像素区布置在第一像素区中的沿第一方向的相邻第一像素区之间以及在第一像素区中的沿第二方向的相邻第一像素区之间。

在一些实施方式中，半导体衬底可以在其对立的两侧具有第一表面和第二表面，器件分隔层和第一隔离结构可以具有与半导体衬底的第二表面间隔开第一距离的底表面。第二隔离结构可以具有与半导体衬底的第二表面隔开第二距离的底表面。第二距离可以与第一距离基本相同。

在一些实施方式中，半导体衬底可以进一步包括由器件分隔层限定的第三像素区。第三像素区可以被布置在第二像素区的对角线方向上在第一像素区中沿第一方向的相邻第一像素区之间以及在第一像素区中沿第二方向的相邻第一像素区之间，以及其中图像传感器进一步包括在各第三像素区中在其第一光电转换区和第二光电转换区之间的相应第三隔离结构。

附加实施方式可以提供一种图像传感器，其包括第一导电类型的半导体衬底、以及在半导体衬底中且在其中限定第一像素区和第二像素区的器件分隔层。在各个第一像素区和第二像素区中，相应对第二导电类型的第一光电转换区和第二光电转换区被布置。在各第一像素区中，相应第一隔离结构被布置在半导体衬底中于第一光电转换区和第二光电转换区之间，第一隔离结构包括绝缘材料。在各第二像素区中，相应第二隔离结构被布置，第二隔离结构包括绝缘材料并且包括布置在第一光电转换区和第二光电转换区之间的第一部分、以及横过第一光电转换区和第二光电转换区的第二部分。第一像素区和第二像素区沿正交的第一和第二方向布置成矩阵。第二像素区布置在第一像素区中的沿第一方向的相邻第一像素区之间以及在第一像素区中的在第二方向上的相邻第一像素区之间。

进一步的实施方式提供一种图像传感器，其包括：半导体衬底、在衬底的第一像素区中的第一对光电转换区、以及在第一对光电转换区的光电转换区之间的第一隔离结构。所述传感器进一步包括：在衬底的邻近于第一像素区的第二像素区中的第二对光电转换区、以及在第二对光电转换区的光电转换区之间且具有与第一隔离结构不同的光学性质的第二隔离结构。不同的第一和第二颜色滤光器可以被布置在第一像素区和第二像素区中各自的像素区上。

附图说明

由以下结合附图的简要描述，示例实施方式将被更加清楚地理解。附图代表如此处所述的非限制性示例实施方式。

图1是根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的框图。

图2是概要示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的有源像素传感器阵列的电路示意图。

图3是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的有源像素传感器阵列的一示例的电路示意图。

图4A到4D是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的颜色滤光器阵列的一些示例的俯视图。

图5A和5B是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的俯视图。

图5C是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的一部分的示意图。

图6A和6B是剖视图，其分别沿图5A或5B的线I-I'和II-II'截取且示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器。

图7A到7F是剖视图，其沿图5A或5B的线I-I'截取且示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器。

图8A和8B是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的俯视图。

图9和10是剖视图，其分别沿图8A或8B的线I-I'和II-II'截取且示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器。

图11A和11B是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的俯视图。

具体实施方式

图1是根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的框图。参考图1，图像传感器可以包括有源像素传感器阵列1、行解码器2、行驱动器3、列解码器4、定时信号发生器5、相关双采样器(CDS)6、模数转换器(ADC)7和输入/输出(I/O)缓冲器8。

有源像素传感器阵列1可以包括二维排列并且可以将光信号转换为电信号的多个单位像素。有源像素传感器阵列1可以由从行驱动器3传输的诸如像素选择信号、复位信号和电荷传输信号的多种驱动信号驱动。被转换的电信号可以被传输到CDS 6。

在一些示例实施方式中，图像传感器可以被配置为检测入射到有源像素传感器阵列1中的光的相位上的差异并且从而利用相差检测执行自动聚焦操作。有源像素传感器阵列1的单位像素中的每个可以被配置为由入射到一对光电转换器件中的光的相位上的差异产生并输出聚焦信号。聚焦信号可以被用来执行用于调节成像设备的透镜的位置的自动聚焦操作。

行驱动器3可以被配置为基于行解码器2解码的结果将用于驱动多个单位像素的驱动信号提供给有源像素传感器阵列1。在单位像素按矩阵形状布置的情况下，驱动信号可以被提供给相应行单位像素。

定时信号发生器5可以被配置为将定时信号和控制信号提供到行解码器2和列解码器4。

CDS 6可以被配置为接收有源像素传感器阵列1中产生的电信号并且对所接收的电信号执行保持和采样操作。例如，CDS 6可以对电信号的特定噪声电平和信号电平执行双采样操作从而输出与噪声电平和信号电平之间的差异相应的差额电平(difference level)。

ADC 7可以被配置为将与从CDS 6输出的差额电平相应的模拟信号转换为数字信号，而后将所转换的数字信号输出到I/O缓冲器8。

I/O缓冲器8可以被配置为基于列解码器4解码的结果锁存数字信号并且将被锁存的数字信号相继地输出到图像信号处理单元(未示出)。

图2是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的有源像素传感器阵列的概要电路示意图。

参考图2，有源像素传感器阵列1可以包括按行和列二维排列的多个单位像素P。单位像素P中的每个可以被配置为由入射到其上的光产生电信号，并且单位像素P的操作可以通过经像素选择线SG、电荷传输线TG和复位线RG施加到单位像素P的驱动信号控制。单位像素P中产生的电信号可以通过输出线Vout被传输到信号处理电路(未示出)。

图3是根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的有源像素传感器阵列的电路示意图。

参考图3，有源像素传感器阵列1可以包括在行方向和列方向上布置以形成矩阵形布置的多个单位像素P。单位像素P可以包括第一光电转换器件和第二光电转换器件PD1和PD2、传输晶体管TX1和TX2、以及逻辑晶体管RX、SX和DX。逻辑晶体管可以包括复位晶体管RX、选择晶体管SX和驱动或源极跟随晶体管DX。第一和第二传输晶体管TX1和TX2、复位晶体管RX和选择晶体管SX的栅电极可以被分别连接到用以传输驱动信号的线(例如TG1、TG2、RG、SG)。

第一传输晶体管TX1可以包括第一传输栅TG1和第一光电转换器件PD1，第二传输晶体管TX2可以包括第二传输栅TG2和第二光电转换器件PD2。第一和第二传输晶体管TX1和TX2可以共享电荷检测节点FD(例如浮置扩散区)。

第一光电转换器件和第二光电转换器件PD1和PD2可以被配置为允许光电荷与外部入射光的量成比例地产生然后被累积在其中。第一光电转换器件和第二光电转换器件PD1和PD2中的每个可以按光电二极管、光电晶体管、光电闸(photo gate)、钳卡光电二极管(pinned photo diode)(PPD)或它们的任意组合的形式设置。

第一和第二传输栅TG1和TG2可以控制将第一光电转换器件和第二光电转换器件PD1和PD2中积累的电荷传输到电荷检测节点FD(例如浮置扩散区)的操作。互补信号可以被施加到第一和第二传输栅TG1和TG2，即第一和第二传输栅TG1和TG2可以被操作以允许光电荷被选择性地从第一光电转换器件和第二光电转换器件PD1和PD2中的一个传输到电荷检测节点FD。

从第一光电转换器件和第二光电转换器件PD1和PD2传输的光电荷可以被积累地存储在电荷检测节点FD中。根据电荷检测节点FD中存储的光电荷的量，驱动晶体管DX可以被控制。

复位晶体管RX可以被配置为周期性地释放电荷检测节点FD中存储的光电荷。复位晶体管RX可以包括漏电极和源电极，其被分别连接到电荷检测节点FD以及施加有电源电压VDD的节点。如果复位晶体管RX被导通，则电源电压VDD可以通过复位晶体管RX的源电极被施加到电荷检测节点FD。因此，电荷检测节点FD中存储的光电荷可以通过复位晶体管RX被释放到电源电压VDD。

驱动晶体管DX连同有源像素传感器阵列1外部的静电电流源(未示出)，可以用作源极跟随缓冲放大器。换言之，驱动晶体管DX可以用于放大电荷检测节点FD的电势中的变化并且将被放大的信号输出到输出线Vout。

选择晶体管SX可以用来选择单位像素P的将被读取的行。如果选择晶体管SX被导通，则电源电压VDD可以通过驱动晶体管DX被施加到选择晶体管SX的漏电极。

图4A到4D是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的颜色滤光器阵列的一些示例的俯视图。

参考图4A，在一些实施方式中，有源像素传感器阵列1可以包括分别与单位像素相应的颜色滤光器。单位像素中的每个可以包括红色、绿色和蓝色滤光器R、G和B中的一个。换言之，单位像素可以包括包含红色滤光器R的红色像素、包含蓝色滤光器B的蓝色像素、以及包含绿色滤光器G的绿色像素。红色像素的红色滤光器R可以被配置为允许红光穿过，在这种情况下，与红光相应的光电子可以在红色像素的光电转换器件中产生。蓝色像素的蓝色滤光器B可以被配置为允许蓝光穿过，在这种情况下，与蓝光相应的光电子可以在蓝色像素的光电转换器件中产生。绿色像素的绿色滤光器G可以被配置为允许绿光穿过，在这种情况下，与绿光相应的光电子可以在绿色像素的光电转换器件中产生。在某些实施方式中，有源像素传感器阵列1的单位像素可以被配置为包括品红色(Mg)、黄色(Y)和青色(Cy)滤光器。

作为一示例，颜色滤光器R、G和B可以被布置为形成拜尔图案，其中绿色滤光器G的数量是红色滤光器R或蓝色滤光器B的数量的两倍。例如，拜尔图案可以包括包含以2×2布局布置的四个颜色滤光器的颜色滤光器组，该颜色滤光器组可以包括在一个对角线方向上布置的两个绿色滤光器G以及在另一对角线方向布置的蓝色和红色滤光器B和R。也就是，在颜色滤光器组中的每个中，红色和蓝色滤光器R和B中的每个可以被布置在一对绿色滤光器G之间。拜尔图案的颜色滤光器组可以在彼此不平行的第一方向和第二方向D1和D2上重复布置。

参考图4B，在一些实施方式中，有源像素传感器阵列1的单位像素中的每个可以包括红色、绿色、蓝色和白色滤光器R、G、B和W中的一个。在一些示例实施方式中，白色滤光器W可以是透明颜色滤光器，允许可见光波长范围内的光穿过。红色、绿色、蓝色和白色滤光器R、G、B和W可以包括多个颜色滤光器组，所述多个颜色滤光器组在第一方向和第二方向D1和D2上被重复布置，所述多个颜色滤光器组中的每个包括以2×2布局布置的四个颜色滤光器。

参考图4C，在另外的实施方式中，有源像素传感器阵列1可以包括颜色像素和深度像素(depth pixel)。颜色像素中的每个可以包括红色、绿色和蓝色滤光器R、G和B中的一个。深度像素中的每个可以包括红外线滤光器Z，允许红外光穿过。

红色、绿色和蓝色滤光器R、G和B以及红外线滤光器Z可以包括多个滤光器组，所述多个滤光器组在第一方向和第二方向D1和D2上被重复布置，并且所述多个滤光器组中的每个包括以2×2布局布置的四个颜色滤光器。在一些示例实施方式中，红外线滤光器Z可以被布置在颜色滤光器R、G和B中相邻的一对之间。滤光器R、G、B和Z可以基本上具有相同的面积。

在每个滤光器组中，颜色和红外线滤光器R、G、B和Z可以被配置为允许具有不同波长的光穿过。如以上描述的，颜色像素可以被配置为由可见光产生光电子。深度像素的红外线滤光器Z可以被配置为允许红外光穿过，且深度像素的光电转换器件可以被配置为由红外光产生光电子。检测红外光的深度像素的使用可以使计算从成像设备到主体的距离从而获得主体的三维图像成为可能。

参考图4D，在再一些另外的实施方式中，有源像素传感器阵列1可以包括：颜色像素，颜色像素中的每个包括红色、绿色和蓝色滤光器R、G和B中的一个；以及深度像素，深度像素中的每个包括红外线滤光器Z。颜色像素可以在第一方向D1和第二方向D2上布置以围绕深度像素。红外线滤光器Z可以具有比颜色滤光器R、G和B中的每个的面积更大的面积。

图5A和5B是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的俯视图，图5C是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的一部分的示意图。图6A和6B是剖视图，其分别沿图5A或5B的线I-I'和II-II'截取且示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器。

参考图5A、5B、6A和6B，根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器可以包括光电转换层10、互连结构20和光学透明层30，并且当在垂直剖视图中观察时，光电转换层10可以被布置在互连结构20和光学透明层30之间。在一些示例实施方式中，半导体衬底100可以在其对立的两侧包括第一或前表面100a和第二或后表面100b。互连结构20可以被布置在半导体衬底100的第一表面100a上，光学透明层30可以被布置在半导体衬底100的第二表面100b上。

光电转换层10可以包括半导体衬底100以及被设置在半导体衬底100中的第一和第二光电转换区110a和110b。第一和第二光电转换区110a和110b可以被配置为将外部入射光转换为电信号。互连结构20可以包括：逻辑晶体管(例如图3的TX1、TX2、RX、DX和SX)，逻辑晶体管被电连接到第一和第二光电转换区110a和110b；以及互连线，所述互连线被连接到逻辑晶体管。第一和第二光电转换区110a和110b中转换的电信号可以通过互连结构20被传输到其它电路(例如逻辑晶体管中的一个)。互连结构20可以包括堆叠在光电转换层10上的层间绝缘层220、以及被插置在层间绝缘层220之间的互连线210，并且在一些示例实施方式中，互连线210的布置可以独立于第一和第二光电转换区110a和110b的布置。例如，互连线210可以被布置为横越第一和第二光电转换区110a和110b。光学透明层30可以包括颜色滤光器(例如绿色滤光器303G、红色滤光器303R和蓝色滤光器)以及微透镜307。光学透明层30可以被配置为允许外部入射光被聚焦在光电转换层10上。

在一些示例实施方式中，半导体衬底100可以由第一导电类型(例如p型)的体硅晶片形成，第一导电类型的外延层被形成在所述体硅晶片上。在某些实施方式中，体硅衬底可以在制造图像传感器的工艺期间被去除，在这种情况下，p型外延层可以被用作半导体衬底100。在某些实施方式中，半导体衬底100可以包括体半导体晶片，第一导电类型的阱被形成在其中。各种种类的衬底(例如n型外延层、体硅晶片和SOI晶片)可以被用作半导体衬底100。

在一些示例实施方式中，半导体衬底100可以包括由器件分隔层101限定的多个单位像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B。单位像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B可以在彼此交叉的第一方向和第二方向D1和D2上布置从而形成矩阵形布置。作为一示例，单位像素区可以包括第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B，所述第一到第三像素区中的每个被配置为接收特定波长范围内的光。例如，第一像素区P_G1和P_G2可以被配置为选择性地接收具有第一波长范围内的波长的光，第二像素区P_R可以被配置为选择性地接收具有比第一波长范围更长的第二波长范围内的波长的光。第三像素区P_B可以被配置为选择性地接收具有比第一波长范围更短的第三波长范围内的波长的光。例如，单位像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B可以以绿光入射到第一像素区P_G1和P_G2中，红光入射到第二像素区P_R中，且蓝光入射到第三像素区P_B中这样的方式配置。

在一些示例实施方式中，第一像素区P_G1和P_G2可以被布置为在第一方向和第二方向D1和D2上彼此间隔开。第二像素区P_R中的每个可以被布置在第一方向D1上彼此邻近的第一像素区P_G1之间以及在第二方向D2上彼此邻近的第一像素区P_G2之间。第三像素区P_B中的每个可以被布置在第一方向D1上彼此邻近的第一像素区P_G1之间以及在第二方向D2上彼此邻近的第一像素区P_G1之间，并且可以被布置为与第二像素区P_R呈对角。

在一些示例实施方式中，器件分隔层101可以被配置从而减小光电荷通过随机漂移现象从第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的一个移动到相邻的像素区的可能性。换言之，器件分隔层101可以被配置为减少串扰现象在第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B之间出现。

例如，当在俯视图中观察时，器件分隔层101可以围绕第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的每个。作为一示例，如图5C所示，当在俯视图中观察时，器件分隔层101可以包括：第一部分P1，第一部分P1在第一方向D1延伸且在第二方向D2上彼此间隔开；以及第二部分P2，第二部分P2在第二方向D2延伸且在第一方向D1上彼此间隔开。第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的每个可以由一对第一部分P1和一对第二部分P2限定。

器件分隔层101可以由具有相比于半导体衬底100的(例如硅的)折射率更低的折射率的绝缘材料形成，并且可以包括一个或更多个绝缘层。例如，器件分隔层101可以由硅氧化物层、硅氮化物层、无掺杂多晶硅层、空气和它们的组合中的至少一种形成，或可以包括硅氧化物层、硅氮化物层、无掺杂多晶硅层、空气和它们的组合中的至少一种。器件分隔层101的形成可以包括去除半导体衬底100的第一表面100a和/或第二表面100b的部分从而形成深沟槽、以及以绝缘材料填充深沟槽。

器件分隔层101可以从半导体衬底100的第二表面100b向第一表面100a垂直延伸，并且可以与半导体衬底100的第一表面100a间隔开。换言之，器件分隔层101的垂直厚度可以小于半导体衬底100的垂直厚度。在某些实施方式中，器件分隔层101可以穿过半导体衬底100。换言之，器件分隔层101的垂直厚度可以基本上与半导体衬底100的垂直厚度相同。替换地，器件分隔层101可以从半导体衬底100的第一表面100a向第二表面100b垂直延伸但是不穿过半导体衬底100，并且可以与半导体衬底100的第二表面100b间隔开。

在一些示例实施方式中，器件分隔层101的邻近于半导体衬底100的第一表面100a的部分可以具有第一宽度，邻近于半导体衬底100的第二表面100b的部分可以具有大于第一宽度的第二宽度。例如，器件分隔层101的宽度在从半导体衬底100的第二表面100b朝向第一表面100a的方向上可以逐渐减小。在某些实施方式中，器件分隔层101可以以第二宽度小于第一宽度这样的方式设置。例如，器件分隔层101的宽度在从半导体衬底100的第一表面100a朝向第二表面100b的方向上可以逐渐减小。

在一些示例实施方式中，第一和第二光电转换区110a和110b可以被设置在第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的每个中。换言之，在像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的每个中可以设置一对第一和第二光电转换区110a和110b。第一和第二光电转换区110a和110b可以是以杂质掺杂并且可以具有不同于半导体衬底100的导电类型的第二导电类型(例如n型)的杂质区。在一些示例实施方式中，第一和第二光电转换区110a和110b可以邻近于半导体衬底100的第一表面100a，并且可以与第二表面100b间隔开。例如，第一和第二光电转换区110a和110b可以通过将第二导电类型(例如n型)的杂质注入到半导体衬底100的第一表面100a内来形成。第一和第二光电转换区110a和110b可以在邻近于第一和第二表面100a和100b的区域之间具有掺杂浓度上的差异，因而半导体衬底100可以在第一表面100a和第二表面100b之间具有电势差异。

在一些示例实施方式中，第一导电类型的半导体衬底100以及第一和第二光电转换区110a和110b可以形成成对的光电二极管。换言之，用作光电二极管的结可以被形成在第一导电类型的半导体衬底100和第一或第二光电转换区110a或110b之间。在光入射到光电二极管的第一和第二光电转换区110a和110b中的情况下，光电荷可以与入射光的强度成比例地产生和被存储。此外，光电二极管可以进一步包括p型杂质区(未示出)，所述p型杂质区以p型杂质掺杂且在第一和第二光电转换区110a和110b的表面附近被浅浅地形成。

在一些示例实施方式中，在第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的每个中，在从第一和第二光电转换区110a和110b输出的电信号之间可以有相位上的差异。图像传感器可以被配置为分析从所述对第一和第二光电转换区110a和110b输出的电信号之间相位上的差异并且基于所述分析调节成像设备的焦点。

在一些示例实施方式中，第一隔离结构103可以被设置在第一像素区P_G1和P_G2中的每个中并且在第一和第二光电转换区110a和110b之间。当在俯视图中观察时，第一隔离结构103可以具有沿第二方向D2延伸的线形结构。在半导体衬底100中，第一隔离结构103可以被连接到器件分隔层101。例如，如图5C所示，第一隔离结构103可以被连接到器件分隔层101的沿第一方向D1延伸的部分(例如第一部分P1)。

当在垂直剖视图中观察时，第一隔离结构103可以垂直地从半导体衬底100的第二表面100b向第一表面100a延伸。第一隔离结构103可以基本上具有与器件分隔层101的垂直厚度相同的垂直厚度。换言之，从半导体衬底100的第二表面100b到第一隔离结构103的底表面的距离d2可以基本等于从半导体衬底100的第二表面100b到器件分隔层101的底表面的距离d1。

在第一像素区P_G1和P_G2中的每个中，第一和第二光电转换区110a和110b可以通过第一隔离结构103彼此间隔开。也就是，在第一像素区P_G1和P_G2中的每个中，第一隔离结构103和器件分隔层101可以围绕第一和第二光电转换区110a和110b中的每个。此外，第一像素区P_G1和P_G2的第一和第二光电转换区110a和110b可以与器件分隔层101和第一隔离结构103的侧壁接触。

在一些示例实施方式中，第一隔离结构103的形成可以包括图案化半导体衬底100的第二表面100b以在半导体衬底100中形成深沟槽以及以绝缘材料填充深沟槽。第一隔离结构103的宽度在从半导体衬底100的第二表面100b向第一表面100a的方向上可以逐渐减小，并且第一隔离结构103可以与半导体衬底100的第一表面100a间隔开。在某些实施方式中，第一隔离结构103可以通过图案化半导体衬底100的第一表面100a形成，在这种情况下，第一隔离结构103可以与半导体衬底100的第二表面100b间隔开。

作为一示例，第一隔离结构103可以在器件分隔层101形成时同时形成，因此第一隔离结构103可以包括与器件分隔层101相同的绝缘材料。第一隔离结构103可以由具有比半导体衬底100低的折射率的绝缘材料形成。例如，第一隔离结构103可以由硅氧化物层、硅氮化物层、无掺杂多晶硅层、空气和它们的任意组合中的至少一种形成，或可以包括硅氧化物层、硅氮化物层、无掺杂多晶硅层、空气和它们的任意组合中的至少一种。在第一像素区P_G1和P_G2中的每个中，第一隔离结构103可以使减少或防止串扰现象出现在第一和第二光电转换区110a和110b之间并且从而检测自第一像素区P_G1和P_G2产生的电信号之间的相位差异成为可能。换言之，可以改善第一像素区P_G1和P_G2处的自动聚焦特性。

在一些示例实施方式中，第二隔离结构105可以被设置在第二像素区P_R中的每个中并且在第一和第二光电转换区110a和110b之间。具有第二隔离结构105的第二像素区P_R可以被配置为接收具有比入射到第一像素区P_G1和P_G2中的光的波长更长的波长的光。在一些示例实施方式中，第二隔离结构105可以由具有与第一隔离结构103的折射率不同的折射率的材料形成，或者可以被形成为具有不同于第一隔离结构103的形状。此不同可以使抑制入射到第二像素区P_R中的长波长光被第二隔离结构105无规律地反射并且从而减小第二像素区P_R与邻近于其的第一像素区P_G1和P_G2之间的串扰现象成为可能。

详细地，当在俯视图中观察时，第二隔离结构105可以具有沿第二方向D2延伸的线形结构，并且可以与器件分隔层101接触。此外，当在垂直剖视图中观察时，第二隔离结构105可以垂直地从半导体衬底100的第二表面100b向第一表面100a延伸。在第二像素区P_R中的每个中，第二隔离结构105和器件分隔层101可以围绕第一光电转换区110a，并且第二隔离结构105和器件分隔层101可以围绕第二光电转换区110b。

在一些示例实施方式中，第二隔离结构105可以是形成在半导体衬底100中且具有第一导电类型的掺杂区，并且可以通过将第一导电类型的杂质注入到半导体衬底100的第二像素区P_R内形成。例如，第二隔离结构105可以通过将第一导电类型的杂质注入到半导体衬底100的第二表面100b内形成，并且可以被形成为与半导体衬底100的第一表面100a间隔开。在一些示例实施方式中，从半导体衬底100的第二表面100b到第二隔离结构105的底表面的距离d3可以基本上等于从半导体衬底100的第二表面100b到器件分隔层101的底表面的距离d1。

在一些示例实施方式中，由于第二隔离结构105包括第一导电类型的杂质区，所以势垒可以产生在第一和第二光电转换区110a和110b之间从而阻碍光电荷从第一光电转换区110a移动到第二光电转换区110b或者从第二光电转换区110b移动到第一光电转换区110a。此外，如同第一和第二光电转换区110a和110b，第二隔离结构105可以由半导体材料形成，在这种情况下可能抑制串扰现象，在该串扰现象中，入射到第二像素区P_R中的光被沿第二方向D2延伸的第二隔离结构105折射或反射并且入射到在第一方向D1上彼此相邻的第一像素区P_G1和P_G2内。例如，可能允许第二像素区P_R和与之相邻的第一像素区P_G1和P_G2之间的串扰现象在第一方向和第二方向D1和D2之间按基本上相同的方式出现。换言之，尽管串扰现象出现在在第一方向D1上邻近于第二像素区P_R的第一像素区P_G1中和在第二方向D2上邻近于第二像素区P_R的第一像素区P_G2中，但是可能减小串扰现象的方向性差异。因此，可能抑制或防止噪声电平因第一像素区P_G1和P_G2之间的位置差异被改变。

在一些示例实施方式中，第三隔离结构107可以被设置在第三像素区P_B中的每个中并且在第一和第二光电转换区110a和110b之间。具有第三隔离结构107的第三像素区P_B可以被配置为接收具有比入射到第一像素区P_G1和P_G2中的光的波长更短的波长的光。

作为一示例，当在俯视图中观察时，第三隔离结构107可以具有沿第二方向D2延伸的线形结构，并且可以被连接到器件分隔层101。此外，当在垂直剖视图中观察时，第三隔离结构107可以垂直地从半导体衬底100的第二表面100b向第一表面100a延伸。

在第三像素区P_B中的每个中，第三隔离结构107和器件分隔层101可以围绕第一光电转换区110a和第二光电转换区110b中的每个。例如，第三像素区P_B的第一和第二光电转换区110a和110b可以与器件分隔层101和第三隔离结构107的侧壁接触。

在一些示例实施方式中，第三隔离结构107的形成可以包括图案化半导体衬底100的第二表面100b以在半导体衬底100中形成深沟槽以及以绝缘材料填充深沟槽。第三隔离结构107的宽度可以在从半导体衬底100的第二表面100b向第一表面100a的方向上逐渐减小，并且第三隔离结构107可以与半导体衬底100的第一表面100a间隔开。在某些实施方式中，第三隔离结构107可以通过图案化半导体衬底100的第一表面100a形成，在这种情况下，第三隔离结构107可以与半导体衬底100的第二表面100b间隔开。

作为一示例，第三隔离结构107可以在器件分隔层101被形成时同时被形成，因此第三隔离结构107和器件分隔层101在它们的结构和材料方面可以基本上相同。例如，第三隔离结构107可以由具有比半导体衬底100低的折射率的绝缘材料形成。此外，第三隔离结构107的垂直厚度可以基本等于器件分隔层101的垂直厚度。换言之，半导体衬底100的第二表面100b和第三隔离结构107的底表面之间的距离可以基本等于半导体衬底100的第二表面100b和器件分隔层101的底表面之间的距离。

参考图5B，第三隔离结构107和第二隔离结构105在它们的结构和材料方面可以基本相同。例如，第三隔离结构107可以是或包括为第一导电类型的杂质区，与器件分隔层101接触，且在俯视图中在第二方向D2上延伸。例如，第三隔离结构107可以通过将第一导电类型的杂质注入到半导体衬底100的第二表面100b内形成，并且可以形成为与半导体衬底100的第一表面100a间隔开。

根据本发明构思的一些示例实施方式，在第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的每个中，浮置扩散层120可以被设置在第一和第二光电转换区110a和110b之间。在第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的每个中，浮置扩散层120可以通过将第二导电类型的杂质注入到半导体衬底100的第一表面100a内形成。

第一传输栅电极201a和第二传输栅电极201b可以被设置在半导体衬底100的第一表面100a上。第一传输栅电极201a可以被设置在第一光电转换区110a和浮置扩散层120之间，第二传输栅电极201b可以被设置在第二光电转换区110b和浮置扩散层120之间。

互连线210和接触插塞(未示出)可以被设置在半导体衬底100的第一表面100a上并且可以被连接到逻辑晶体管。详细地，互连线210可以被堆叠在半导体衬底100的第一表面100a上，层间绝缘层可以被插置在互连线210之间或互连线210和半导体衬底100之间。互连线210的布置可以独立于第一和第二光电转换区110a和110b的布置。换言之，互连线210可以横越第一和第二光电转换区110a和110b。

颜色滤光器(例如绿色滤光器303G、红色滤光器303R和蓝色滤光器)以及微透镜307可以被设置在半导体衬底100的第二表面100b上。第一平坦化层301可以被布置在半导体衬底100的第二表面100b与颜色滤光器(例如绿色滤光器303G、红色滤光器303R和蓝色滤光器)之间，第二平坦化层305可以被布置在颜色滤光器(例如绿色滤光器303G、红色滤光器303R和蓝色滤光器)与微透镜307之间。颜色滤光器(例如绿色滤光器303G、红色滤光器303R和蓝色滤光器)中的每个以及微透镜307中的每个可以被布置在第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的相应的一个上。

颜色滤光器(例如绿色滤光器303G、红色滤光器303R和蓝色滤光器)中的每个可以包括红色、绿色和蓝色滤光器中的一个，如参考图4A到4D所述。在某些实施方式中，颜色滤光器中的每个可以包括青色、品红色和黄色滤光器中的一个。在一些示例实施方式中，绿色滤光器303G可以设置在第一像素区P_G1和P_G2上，红色滤光器303R可以设置在第二像素区P_R上，蓝色滤光器可以设置在第三像素区P_B上。

微透镜307可以具有凸状，允许入射光被集中到第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的相应的一个上。在一些示例实施方式中，当在俯视图中观察时，微透镜307中的各个微透镜可以与各对光电转换区(例如第一和第二光电转换区110a和110b)重叠。

图7A到7F是沿图5A的线I-I'截取的剖视图以示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器。为了简明的描述，先前参考图5A、5B、6A和6B描述的元件可以由类似或相同的附图标记标识，并且其重复的描述可以被省略。

根据图7A所示的实施方式，在第二像素区P_R中的每个中，第二隔离结构105可以包括以第一导电类型的杂质掺杂的多个杂质区105。第二隔离结构105可以通过在不同离子能量条件下执行多个离子注入工艺形成，在这种情况下，可以在杂质的注入深度或每个注入区的垂直位置上造成差异。此外，可以在与半导体衬底100的第二表面100b正交的垂直方向上造成杂质区105的掺杂浓度上的差异。

参考图7B，第二隔离结构105可以是第一导电类型的杂质区，并且邻近于半导体衬底100的第二表面100b形成。隔离结构105的垂直深度小于器件分隔层101的垂直深度。换言之，从第二表面100b到第二隔离结构105的底表面的距离可以小于从第二表面100b到器件分隔层101的底表面的距离。在某些实施方式中，第二隔离结构105可以是绝缘图案，其垂直深度小于器件分隔层101的垂直深度。

器件分隔层101可以界定第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B，并且根据图7C和7D所示的实施方式，器件分隔层101可以包括绝缘分隔层101a和掺杂分隔层101b。绝缘分隔层101a可以从半导体衬底100的第二表面100b延伸但是可以与第一表面100a间隔开，并且掺杂分隔层101b可以从半导体衬底100的第一表面100a延伸但是可以与第二表面100b间隔开。掺杂分隔层101b可以通过将第一导电类型的杂质注入到半导体衬底100的第一表面100a内形成。作为一示例，掺杂分隔层101b可以包围绝缘分隔层101a的一部分，如图7C所示。在某些实施方式中，掺杂分隔层101b可以与绝缘分隔层101a间隔开，如图7D所示。

第一隔离结构103可以包括第一绝缘隔离层103a和第一掺杂隔离层103b。第一掺杂隔离层103b可以是杂质区，其以第一导电类型的杂质掺杂。第一掺杂隔离层103b可以包围第一绝缘隔离层103a的一部分，如图7C所示。替换地，第一掺杂隔离层103b可以与第一绝缘隔离层103a间隔开，如图7D所示。

如参考图5A所述，当在俯视图中观察时，第二隔离结构105可以在第二方向D2延伸并且可以是第一导电类型的杂质区。第二隔离结构105可以通过将第一导电类型的杂质注入到半导体衬底100的第一表面100a内形成，并且可以被形成为与半导体衬底100的第二表面100b间隔开。

作为一示例，第二隔离结构105可以与器件分隔层101的掺杂分隔层101b以及第一隔离结构和第三隔离结构103和107的第一和第三掺杂隔离层103b同时形成。因此，第二隔离结构105可以基本具有与掺杂分隔层101b以及第一和第三掺杂隔离层103b相同的垂直深度。类似于第一隔离结构103，第三隔离结构107可以包括第三绝缘隔离层和第三掺杂隔离层。

根据图7E所示的实施方式，器件分隔层101可以包括绝缘分隔层101a和掺杂分隔层101b，掺杂分隔层101b是第一导电类型并且被形成为覆盖绝缘分隔层101a的表面。掺杂分隔层101b可以被掺杂从而具有第一导电类型(例如p型)。掺杂分隔层101b可以与第一导电类型的半导体衬底100直接接触。掺杂分隔层101b可以以其中的第一导电类型杂质的掺杂浓度高于半导体衬底100中的掺杂浓度的方式形成。因此，掺杂分隔层101b可以用作围绕第一和第二光电转换区110a和110b形成的势垒。详细地，图案化工艺可以被执行以在半导体衬底100中形成深沟槽，但是作为图案化工艺的结果，表面缺陷可以形成在深沟槽的表面上。在一些示例实施方式中，用作势垒的掺杂分隔层101b可以使减小暗电流成为可能，暗电流可以由表面缺陷导致。

在一些示例实施方式中，如同器件分隔层101，第一隔离结构103可以包括第一绝缘隔离层103a和被形成为覆盖第一绝缘隔离层103a的表面的第一掺杂隔离层103b。第三隔离结构107可以具有类似于第一隔离结构103的结构。

参考图7F，器件分隔层101可以包括其折射率彼此不同的第一和第二分隔层101c和101d。第一分隔层101c可以与半导体衬底100接触，第二分隔层101d可以设置在第一分隔层101c内。在光倾斜入射到器件分隔层101中的情况下，由于第一和第二分隔层101c和101d的折射率之间的差异，光可以在第一和第二分隔层101c和101d之间的界面处被折射。例如，第一分隔层101c可以由绝缘材料(例如硅氧化物或硅氮化物)形成或可以包括绝缘材料(例如硅氧化物或硅氮化物)，第二分隔层101d可以由导电材料(例如多晶硅或金属)形成或可以包括导电材料(例如多晶硅或金属)。

在一些示例实施方式中，如同器件分隔层101，第一隔离结构103可以包括其折射率彼此不同的第一和第二隔离层103c和103d。

图8A和8B是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的俯视图。图9和10是剖视图，其分别沿图8A或8B的线I-I'和II-II'截取且示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器。为了简明的描述，先前参考图5A、5B、6A和6B描述的元件可以由类似或相同的附图标记标识并且其重复的描述可以被省略。

参考图8A、8B、9和10，当在俯视图中观察时，器件分隔层101可以限定第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B并且围绕第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的每个。如参考图5C所述，当在俯视图中观察时，器件分隔层101可以包括：第一部分P1，其在第一方向D1延伸并且在第二方向D2上彼此间隔开；以及第二部分P2，其在第二方向D2上延伸并且在第一方向D1上彼此间隔开。第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的每个可以由一对第一部分P1和一对第二部分P2限定。如上所述，第一隔离结构103可以设置在第一像素区P_G1和P_G2中的每个中，第二隔离结构105可以设置在第二像素区P_R中的每个中，第三隔离结构107可以设置在第三像素区P_B中的每个中。

第一隔离结构103可以与器件分隔层101在它们的结构和材料方面基本相同，且当在俯视图中观察时，第一隔离结构103可以在第二方向D2上延伸从而被连接到器件分隔层101。

在一些示例实施方式中，第二隔离结构105可以具有不同于第一隔离结构103的形状。当在俯视图中观察时，第二隔离结构105可以包括沿第一方向D1延伸的第一部分105a和沿第二方向D2延伸的第二部分105b。例如，当在俯视图中观察时，第二隔离结构105的第一部分105a可以横跨第一和第二光电转换区110a和110b，第二隔离结构105的第二部分105b可以被设置在第一和第二光电转换区110a和110b之间。此外，第二隔离结构105可以包括与器件分隔层101相同的绝缘材料。

在第二像素区P_R中的每个中，第一光电转换区110a的一部分可以位于第二隔离结构105的第一部分105a和半导体衬底100的第一表面100a之间。类似地，在第二像素区P_R中，第二光电转换区110b的一部分可以位于第二隔离结构105的第一部分105a和半导体衬底100的第一表面100a之间。

在一些示例实施方式中，第二隔离结构105可以包括彼此交叉的第一部分105a和第二部分105b，因此即使入射到第二像素区P_R中的光被第二隔离结构105无规律地反射，从第二像素区P_R向第一像素区P_G1和P_G2传播的光的量在第一方向和第二方向D1和D2上可以相同。因此，可以抑制或防止噪声电平因第一像素区P_G1和P_G2之间的位置差异而不同。

第三隔离结构107可以包括与器件分隔层101相同的绝缘材料，并且当在俯视图中观察时，其可以在第二方向D2上延伸以被连接到器件分隔层101。如图8A所示，当在俯视图中观察时，第三隔离结构107可以基本上具有与第一隔离结构103相同的结构。换言之，当在俯视图中观察时，第三隔离结构107可以在第二方向D2上延伸并且可以由与第一隔离结构103相同的绝缘材料形成。在一些实施方式中，第三隔离结构107可以具有图8A所示的布置，但包括包含第一导电类型的掺杂剂的杂质区。在某些实施方式中，如图8B所示，当在俯视图中观察时，第三隔离结构107可以基本上具有与第二隔离结构105相同的结构。换言之，当在俯视图中观察时，第三隔离结构107可以包括彼此交叉的第一部分107a和第二部分107b。

图11A和11B是示出根据本发明构思的一些示例实施方式的图像传感器的俯视图。为了简明的描述，先前参考图5A、5B、6A和6B描述的元件可以由类似或相同的附图标记标识并且其重复的描述可以被省略。

参考图11A和11B，如参考图5C所述，当在俯视图中观察时，器件分隔层101可以包括：第一部分P1，其在第一方向D1上延伸并且在第二方向D2上彼此间隔开；以及第二部分P2，其在第二方向D2上延伸且在第一方向D1上彼此间隔开。第一到第三像素区P_G1、P_G2、P_R和P_B中的每个可以由一对第一部分P1和一对第二部分P2限定。如上所述，第一隔离结构103可以被设置在第一像素区P_G1和P_G2中的每个中，第二隔离结构105可以被设置在第二像素区P_R中的每个中，第三隔离结构107可以被设置在第三像素区P_B中的每个中。

根据图11A所示的实施方式，第一隔离结构103可以包括与器件分隔层101相同的绝缘材料，且当在俯视图中观察时，其可以在第二方向D2上延伸从而被连接到器件分隔层101。

第二隔离结构105可以包括不同于第一隔离结构和第三隔离结构103和107的材料，并且第三隔离结构107可以具有不同于第一隔离结构和第二隔离结构103和105的形状。例如，如图11A所示，第二隔离结构105可以是第一导电类型的掺杂区，第三隔离结构107可以包括沿第一方向D1延伸的第一部分107a和沿第二方向D2延伸的第二部分107b。

根据图11B所示的实施方式，第一隔离结构103可以是第一导电类型的掺杂区，且当在俯视图中观察时，其可以在第二方向D2上延伸从而被连接到器件分隔层101。第二隔离结构105可以包括沿第一方向D1延伸的第一部分105a和沿第二方向D2延伸的第二部分105b。类似地，第三隔离结构107可以包括沿第一方向D1延伸的第一部分107a和沿第二方向D2延伸的第二部分107b。

本专利申请要求享有2015年10月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0142310号的优先权，其全部内容通过引用合并于此。