图像感测装置的制作方法

1.本专利文件中公开的技术和实现方式总体上涉及一种图像感测装置。


背景技术：

2.图像感测装置在电子装置中用于将光学图像转换成电信号。随着汽车、医疗、计算机和通信行业的最近发展，在例如数码相机、便携式摄像机、个人通信系统(pcs)、视频游戏控制台、监控摄像头、医用微型摄像头、机器人等的各种电子装置中对高度集成的更高性能的图像传感器的需求迅速增加。


技术实现要素：

3.所公开的技术的各种实施方式涉及一种图像感测装置，该图像感测装置包括被配置为帮助某些元件的定位的对准标记。在一些实现方式中，能够自由地定位对准标记，而不管图像感测装置中包括的下部图案的位置如何。
4.根据所公开的技术的一个实施方式，一种图像感测装置可以包括：上基板，该上基板被配置为包括像素区域和位于像素区域外部的第一外围区域，像素区域包括被配置为通过对入射光的转换而产生电信号的单位像素；下基板，该下基板被配置为包括逻辑区域和位于逻辑区域外部的第二外围区域，逻辑区域进行联接以接收来自单位像素的电信号，并且被配置为基于来自单位像素的电信号而产生图像；光接收元件，该光接收元件设置在上基板上，并且被配置为将入射光传输到像素区域；绝缘层，该绝缘层设置在上基板和下基板之间；光接收对准标记，该光接收对准标记设置在第一外围区域中，并且被配置为帮助在像素区域中形成在上基板的第一表面上的光接收元件的定位；以及对准图案，该对准图案设置在第一外围区域和第二外围区域之间并且位于绝缘层中。该对准图案被配置为吸收用于测量光接收对准标记的光。
5.根据所公开的技术的另一实施方式，一种图像感测装置可以包括：半导体基板，该半导体基板被配置为包括像素区域和位于像素区域外部的外围区域，像素区域包括被配置为通过对光的转换而产生电信号的多个光电转换元件；多个光接收元件，该多个光接收元件形成在半导体基板的第一表面上，并且被配置为将入射光传输到光电转换元件；绝缘层，该绝缘层设置在位置与第一表面相对的第二表面上；光接收对准标记，该光接收对准标记设置在外围区域中，并且被配置为帮助光接收元件的定位；以及对准图案，该对准图案形成在绝缘层中以与光接收对准标记交叠。该对准图案包括设置在绝缘层的不同子层中的多个点状图案。
6.应当理解，所公开的技术的前述一般描述和以下详细描述都是例示性和解释性的，并且旨在提供对所要求保护的公开内容的进一步解释。
附图说明
7.图1是示出基于所公开的技术的一些实现方式的层叠图像感测装置的示例性布局
的示意图。
8.图2是示出基于所公开的技术的一些实现方式的图像感测装置的示例性布局的示意图。
9.图3是示出基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图1所示的线x-x’截取的图像感测装置的示例的截面图。
10.图4是示出基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图1所示的线y-y’截取的图像感测装置的示例的截面图。
11.图5a是示出基于所公开的技术的一些实现方式的对准虚设图案中的上虚设图案的布局结构的示例的示意图。
12.图5b是示出基于所公开的技术的一些实现方式的对准虚设图案中的下虚设图案的布局结构的示例的示意图。
13.图6是示出基于所公开的技术的一些实现方式的上虚设图案和下虚设图案彼此交叠的情况的示例的示意图。
具体实施方式
14.本专利文件提供了图像感测装置的实现方式和示例，并且可以实施所公开的特征以基本上解决由于各种图像感测装置的限制和缺点而引起的一个或更多个问题。所公开的技术的一些实现方式提出了一种图像感测装置的设计，该图像感测装置为用于形成后续工艺所需的对准标记(alignment mark)的位置提供了更大的灵活性。在一些实现方式中，能够自由地形成对准标记而不会基于下部图案的位置而受到限制。
15.图1是示出基于所公开的技术的一些实现方式的层叠图像感测装置的示例性布局的示意图。图2是示出基于所公开的技术的一些实现方式的图像感测装置的示例性布局的示意图。
16.参照图1和图2，图像感测装置可以包括沿垂直方向层叠的上基板100和下基板200。上基板100和下基板200中的每一个可以包括半导体基板。
17.上基板100可以包括像素区域110和外围区域120。
18.像素区域110可以包括连续布置的多个单位像素(px)。每一个单位像素(px)可以通过对入射光的光电转换而产生对应于入射光的电信号(即，像素信号)。
19.每个单位像素(px)可以包括：光电转换元件，该光电转换元件被配置为通过对光的转换产生光电荷；多个光接收元件，所述多个光接收元件被配置为将入射光传输到光电转换元件；以及多个像素晶体管，所述多个像素晶体管被配置为输出对应于由光电转换元件产生的光电荷的像素信号。每一个光电转换元件可以包括光电二极管(pd)，并且可以形成在上基板100中。光接收元件可以被构造成传输光并且将入射光引导到光电转换元件。例如，光接收元件可以包括微透镜或滤光器。在每个光接收元件包括微透镜和滤色器的实现方式中，光接收元件被配置为将入射光会聚到对应的光电转换元件上，并且滤色器被配置为从已经穿透微透镜的入射光中滤出具有特定颜色的光。光接收元件可以形成在上基板100的第一表面(即，图1的顶表面)上。像素晶体管可以包括转移晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管。像素晶体管可以设置在上基板100的与第一表面面对或相对的第二表面(即，图1的底表面)上。
20.可以将外围区域120定义为上基板100中的位于像素区域110外部的区域。外围区域120可以包括划片区域(scribe region)中的未通过切割(dicing)去除的残留区域。在一些实现方式中，外围区域120可以在上基板100中围绕像素区域110。
21.外围区域120可以包括多个焊盘122和多个对准标记124。焊盘122可以通过与外部装置通信来向外部装置发送信号和从外部装置接收信号，并且可以从外部装置接收电源电压。对准标记124可以用于在形成光接收元件的工艺中定位光接收元件。为了将对准标记124与被设计用于其它用途的其它对准标记区分开，在下文中将对准标记124称为光接收对准标记以便于描述。
22.焊盘122可以包括金属，并且可以形成在上基板100的第一表面上。可以以利用绝缘材料掩埋从上基板100的第一表面蚀刻到预定深度的沟槽的方式来形成光接收对准标记124。光接收对准标记124可以形成在划片区域或位于划片区域内部的芯片区域中。当光接收对准标记124形成在划片区域中时，图1所示的光接收对准标记124可以是未通过切割去除的残留区域。
23.下基板200可以设置在上基板100下方，使得下基板200和上基板100在垂直方向上层叠。在这种情况下，下基板200可以包括逻辑区域210和外围区域220。
24.逻辑区域210可从像素区域110的单位像素(px)接收像素信号，可以使用预定义的逻辑处理接收到的像素信号，并且可以由此基于经处理的像素信号形成图像。逻辑区域210可以包括相关双采样器(cds)211、模数转换器(adc)212、缓冲器213、行驱动器214、定时发生器215、控制寄存器216和斜坡信号发生器217。
25.如上所述，每个单位像素px可以向相关双采样器(cds)211输出像素信号。cmos图像传感器可以使用相关双采样(cds)以通过对像素信号采样两次来消除这两次采样之间的差异，从而消除不想要的像素偏移值。在一个示例中，相关双采样(cds)可以通过比较在光信号入射到像素上之前和之后获得的像素输出电压来消除不想要的像素偏移值，从而能够仅测量基于入射光的像素输出电压。在所公开的技术的一些实施方式中，相关双采样器(cds)211可以顺序地采样和保持从像素阵列110提供到多条列线中的每一条的参考信号和图像信号的电压电平。例如，相关双采样器(cds)211可以响应于从定时发生器215接收的时钟信号来执行对参考电压电平和所接收到的像素信号的电压电平的采样，并且可以将与参考电压电平和所接收到的像素信号的电压电平之差相对应的模拟信号发送到模数转换器(adc)212。
26.模数转换器(adc)212可以用于将模拟cds信号转换成数字信号。在一些实现方式中，adc 212可以实现为斜坡比较型adc。斜坡比较型adc可以包括比较器电路和定时器，比较器电路用于将模拟像素信号与参考信号(例如，斜坡上升或下降的斜坡信号)进行比较，并且定时器进行计数，直到斜坡信号的电压与模拟像素信号匹配。在所公开的技术的一些实施方式中，adc 212可以将由cds 211针对每一列产生的相关双采样信号转换成数字信号，并且输出该数字信号。adc 212可以基于每一列的相关双采样信号和从斜坡信号发生器800接收的斜坡信号来执行计数操作和计算操作。这样，当产生数字图像数据时，adc 212可以消除或减少噪声(例如，由成像像素产生的复位噪声)。
27.adc 212可以包括多个列计数器。像素阵列110的每一列联接到列计数器，并且能够通过使用列计数器将从每一列接收的相关双采样信号转换成数字信号来产生图像数据。
在所公开的技术的另一实施方式中，adc 212可以包括全局计数器，以使用从全局计数器提供的全局代码将对应于各个列的相关双采样信号转换成数字信号。
28.缓冲器213可以临时保持或锁存从模数转换器(adc)212接收的每个数字信号，可以感测或检测并且放大每个数字信号，并且可以输出每个经放大的数字信号。因此，缓冲器213可以包括存储器(未示出)和感测放大器(未示出)。存储器可以存储计数值，并且计数值可以与多个单位像素px的输出信号相关联。感测放大器可以感测并且放大从存储器接收的每个计数值。
29.行驱动器214可以用于响应于定时发生器215的输出信号而驱动像素阵列110。在一些实现方式中，行驱动器214可以选择布置在像素阵列110的一行或更多行中的一个或更多个成像像素。行驱动器214可以产生行选择信号，以在多个行中选择一行或更多行。行驱动器214可以顺序地使能用于复位对应于至少一个选定行的成像像素的像素复位信号，以及对应于该至少一个选定行的像素的传输信号。
30.定时发生器215可以产生定时信号来控制行驱动器214、相关双采样器(cds)211、模数转换器(adc)212和斜坡信号发生器217。
31.控制寄存器216可以产生控制信号来控制斜坡信号发生器217、定时发生器215和缓冲器213。
32.斜坡信号发生器217可以响应于控制寄存器216的控制信号和从定时发生器215接收的定时信号而产生斜坡信号，并且可以将斜坡信号输出到模数转换器(adc)212。
33.可以将外围区域220定义为下基板100中的位于逻辑区域210外部的区域。外围区域220可以包括划片区域中未通过切割去除的残留区域。在一些实现方式中，外围区域220可以在下基板200中围绕逻辑区域210。
34.绝缘层(未示出)可以设置在上基板100和下基板200之间。在绝缘层中，用于将像素晶体管电连接到逻辑电路的导线可以设置在像素区域110和逻辑区域210之间。在绝缘层中，在形成逻辑区域210的工艺中或者在层叠上基板100和下基板200的工艺中用于定位的各种图案(下部图案)可以设置在外围区域120和220之间的区域中。
35.具体而言，在一些实现方式中，在设置在外围区域120和220之间的绝缘层中，用于防止在测量(measuring)光接收对准标记124的工艺中由下部图案导致的对准失败的对准虚设图案(alignment dummy pattern)可以形成在光接收对准标记124和下部图案之间。下面将给出对这种对准虚设图案的详细描述。
36.图3是示出基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图1所示的线x-x’截取的图像感测装置的示例的截面图。图4是示出基于所公开的技术的一些实现方式的沿着图1所示的线y-y’截取的图像感测装置的示例的截面图。
37.参照图3和图4，图像感测装置可以包括层叠结构，其中包括像素区域110的上基板100和包括逻辑区域210的下基板200在垂直方向上层叠。
38.在上基板100的像素区域110中，可以按单位像素形成光电转换元件112，并且可以在上基板100的第一表面上形成光接收元件，每一个光接收元件包括滤色器114和微透镜116。在位于像素区域110外部的外围区域120中，光接收对准标记124可以形成在上基板100的上部中。光接收对准标记124可以是指用于在上基板100的第一表面上形成光接收元件的工艺中执行光接收元件的定位的标记。每一个光接收对准标记124可以以利用绝缘材料掩
埋从上基板100的第一表面蚀刻到预定深度的沟槽的方式形成。
39.上绝缘层300可以形成在上基板100的第二表面上，并且下绝缘层400可以形成在下基板200的第一表面上。上绝缘层300和下绝缘层400可以进行层叠以彼此接触。
40.在上绝缘层300和下绝缘层400中，用于将像素区域110的像素晶体管118电连接到逻辑区域210的逻辑电路212的导线310和410可以被形成为设置在像素区域110和逻辑区域210之间。在上绝缘层300和下绝缘层400中的每一个中，存在设置在外围区域120和220之间的特定部分。该特定部分将被称为外围绝缘部分，并且对准虚设图案320和下部图案420可以形成在上绝缘层300和下绝缘层400的外围绝缘部分中。
41.对准虚设图案320可以包括用于防止在测量光接收对准标记124的工艺中由下部图案420引起的对准失败的图案。例如，对准虚设图案320可以包括用于防止在对准工艺中用于测量光接收对准标记124的激光束被下部图案420反射的图案。
42.下部图案420可以包括用于在形成逻辑区域210的工艺中或者在层叠上基板100和下基板200的工艺中执行定位的各种图案(下部图案)。在一些实现方式中，下部图案420可以包括被设计用于其它用途的其它图案，而不限于被设计用于执行定位的图案。
43.对准虚设图案320可以以对准虚设图案320与下部图案420交叠的方式设置在光接收对准标记124和下部图案420之间。例如，可以在上绝缘层300的外围绝缘部分中形成对准虚设图案320，并且可以在下绝缘层400的外围绝缘部分中形成下部图案420。
44.在一些实现方式中，如果图像感测装置被形成为具有上基板100和下基板200的层叠结构，则在上基板100和下基板200以绝缘层300和400彼此接触的方式层叠之后，可以在上基板100的第一表面上形成光接收元件。因此，可以在上基板100和下基板200层叠之后形成用于执行光接收元件的定位的光接收对准标记124。可以在上基板100的外围区域120中形成光接收对准标记124。
45.在一些情况下，在之前的工艺中使用的各种下部图案420可能已经形成在绝缘层300和400的外围绝缘部分中。在这种情况下，如果光接收对准标记124以光接收对准标记124与下部图案420交叠的方式形成在下部图案420上方，则用于在对准工艺中测量光接收对准标记124的激光束可能被下部图案420反射以产生噪声。因此，正确测量光接收对准标记124变得更加困难。因此，如果下部图案420设置在下接收对准标记124下方，则由于下部图案420的反射，发生对准失败的可能性更大。
46.通常，为了防止这种对准失败，在形成光接收对准标记124时，将光接收对准标记120形成为不在形成有下部图案420的区域上方。然而，这种布置限制会导致制造操作的困难。另外，如果对于图像感测装置而言在宽度上没有足够的空间，并且满足布置限制的区域没有得到充分保证，则仍然存在产生这种对准失败的可能性。
47.所公开的技术的一些实现方式提出了包括对准虚设图案320，以解决或避免布置限制问题。在一些实现方式中，由于对准虚设图案320形成在光接收对准标记124下方，因此用于测量光接收对准标记124的激光束可以由对准虚设图案320吸收，而不会被引入至下部图案420中。通过使用这种对准虚设图案320，光接收对准标记124可以设置在任何地方，而无需避免与下部图案420交叠。
48.对准虚设图案320可以包括上虚设图案322和下虚设图案324，上虚设图案322和下虚设图案324设置在上绝缘层300的外围绝缘部分中，并且沿着垂直方向或水平方向中的至
少一个交替形成。如果上绝缘层300包括层叠在彼此上的多个层，则上虚设图案322和下虚设图案324可以位于上绝缘层300的不同层中。
49.图5a是示出基于所公开的技术的一些实现方式的对准虚设图案中的上虚设图案的布局结构的示例的示意图。图5b是示出基于所公开的技术的一些实现方式的对准虚设图案中的下虚设图案的布局结构的示例的示意图。
50.参照图5a和图5b，上虚设图案322和下虚设图案324可以被形成为其中点状图案(dot pattern)在x轴方向和y轴方向上交替布置的形状，其中，每个点状图案被形成为正方形形状。例如，上虚设图案322和下虚设图案324可以以具有相同尺寸(即，相同水平长度和垂直长度)的多个点状图案布置成棋盘图案的方式形成。
51.在这种情况下，上虚设图案322和下虚设图案324可以形成在不同的层中。例如，可以在金属层m3中形成上虚设图案322，并且可在金属层m4中形成下虚设图案324。上虚设图案322可以随着金属层m3的导线310的形成而同时形成，并且下虚设图案324可以随着金属层m4的导线310的形成而同时形成。上虚设图案322的点状图案和下虚设图案324的点状图案可以包括诸如铜(cu)的金属。
52.具体而言，上虚设图案322的点状图案和下虚设图案324的点状图案可以交替定位。因此，上虚设图案322的点状图案和下虚设图案324的点状图案可以设置在交错的位置。例如，上虚设图案322的点状图案可以被布置成与设置在下虚设图案324的点状图案之间的绝缘层垂直交叠。因此，其中上虚设图案322与下虚设图案324交叠的外观可以如图6所示由诸如一个宽板(wide board)的形状来表示。
53.如从以上描述显而易见的那样，基于所公开的技术的一些实现方式的图像感测装置能够自由地形成后续工艺所需的对准标记，而不管下部图案的位置如何。
54.尽管已经描述了多个例示性实施方式，但是应当理解，能够基于本专利文件中描述和/或示出的内容来设计对所公开的实施方式的各种变型和其他实施方式。
55.相关申请的交叉引用
56.本专利文件要求于2020年9月15日提交的韩国专利申请no.10-2020-0118257的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此，作为本专利文件公开内容的一部分。