JP2022083419A - イメージセンサ - Google Patents
イメージセンサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022083419A JP2022083419A JP2021188471A JP2021188471A JP2022083419A JP 2022083419 A JP2022083419 A JP 2022083419A JP 2021188471 A JP2021188471 A JP 2021188471A JP 2021188471 A JP2021188471 A JP 2021188471A JP 2022083419 A JP2022083419 A JP 2022083419A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pixel
- fence
- layer
- image sensor
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 107
- 230000035515 penetration Effects 0.000 claims description 32
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 29
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 19
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 19
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 16
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 109
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 37
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 22
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 22
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 18
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 17
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 14
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 13
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 13
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 9
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 101100137546 Arabidopsis thaliana PRF2 gene Proteins 0.000 description 4
- 101100109406 Neurospora crassa (strain ATCC 24698 / 74-OR23-1A / CBS 708.71 / DSM 1257 / FGSC 987) aga-1 gene Proteins 0.000 description 4
- 101100191501 Zea mays PRO2 gene Proteins 0.000 description 4
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 4
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 4
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 4
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 3
- SKJCKYVIQGBWTN-UHFFFAOYSA-N (4-hydroxyphenyl) methanesulfonate Chemical compound CS(=O)(=O)OC1=CC=C(O)C=C1 SKJCKYVIQGBWTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 3-(oxolan-2-yl)propanoic acid Chemical compound OC(=O)CCC1CCCO1 WUPHOULIZUERAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910017493 Nd 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N Styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1 PPBRXRYQALVLMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N [Ga].[As].[In] Chemical compound [Ga].[As].[In] KXNLCSXBJCPWGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UPEMFLOMQVFMCZ-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[O--].[Pm+3].[Pm+3] Chemical compound [O--].[O--].[O--].[Pm+3].[Pm+3] UPEMFLOMQVFMCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052980 cadmium sulfide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920006217 cellulose acetate butyrate Polymers 0.000 description 2
- 229910001940 europium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N europium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Eu+3].[Eu+3] AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003443 lutetium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- MPARYNQUYZOBJM-UHFFFAOYSA-N oxo(oxolutetiooxy)lutetium Chemical compound O=[Lu]O[Lu]=O MPARYNQUYZOBJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 229920003209 poly(hydridosilsesquioxane) Polymers 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 2
- 231100000241 scar Toxicity 0.000 description 2
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- SCRZPWWVSXWCMC-UHFFFAOYSA-N terbium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Tb+3].[Tb+3] SCRZPWWVSXWCMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- -1 tungsten nitride Chemical class 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004925 Acrylic resin Substances 0.000 description 1
- 229920000178 Acrylic resin Polymers 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000034656 Contusions Diseases 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229920006026 co-polymeric resin Polymers 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N disiloxane Chemical class [SiH3]O[SiH3] KPUWHANPEXNPJT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- ZXWWAOVKKOVZCZ-UHFFFAOYSA-K fluorosilicon(3+) prop-2-enoate Chemical compound C(C=C)(=O)[O-].F[Si+3].C(C=C)(=O)[O-].C(C=C)(=O)[O-] ZXWWAOVKKOVZCZ-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- QLOAVXSYZAJECW-UHFFFAOYSA-N methane;molecular fluorine Chemical compound C.FF QLOAVXSYZAJECW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 125000000962 organic group Chemical group 0.000 description 1
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000052 poly(p-xylylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- SOGFHWHHBILCSX-UHFFFAOYSA-J prop-2-enoate silicon(4+) Chemical compound [Si+4].[O-]C(=O)C=C.[O-]C(=O)C=C.[O-]C(=O)C=C.[O-]C(=O)C=C SOGFHWHHBILCSX-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001954 samarium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229940075630 samarium oxide Drugs 0.000 description 1
- FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N samarium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sm+3].[Sm+3] FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 229920001909 styrene-acrylic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14621—Colour filter arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14623—Optical shielding
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1463—Pixel isolation structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1464—Back illuminated imager structures
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
【課題】イメージセンサを提供する。【解決手段】イメージセンサは、第１ピクセル；第１ピクセルと隣接して配置された第２ピクセル；第１ピクセルと第２ピクセルとを分離するピクセル分離構造体；第１ピクセル、第２ピクセル、及びピクセル分離構造体上に配置された背面反射防止層；及び背面反射防止層上にピクセル分離構造体と対応するように配置され、内部に埋込型エアギャップを有するフェンス(fence)；を含む。【選択図】図４
Description
本発明は、イメージセンサに関し、さらに詳細には、ＣＭＯＳイメージセンサに関する。
イメージ（または、画像）を撮影して電気的信号に変換するイメージセンサ、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサは、デジタルカメラ、携帯電話用カメラ、及び携帯用カムコーダのような一般消費者用電子機器だけではなく、自動車、保安装置、及びロボットに装着されるカメラにも使用されうる。
イメージセンサは、小型化されているので、ピクセルの大きさも縮小されている。イメージセンサは、ピクセルの大きさが縮小されるにつれて、ピクセル同士の間のクロストークが大きくなると共に、センサ欠陥が発生している。
本発明が解決しようとする課題は、ピクセル同士の間のクロストークを減らすと共に、センサ欠陥を減らすことができるイメージセンサを提供することである。
上述した課題を解決するために、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサは、第１ピクセル；前記第１ピクセルと隣接して配置された第２ピクセル；前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとを分離するピクセル分離構造体；前記第１ピクセル、前記第２ピクセル、及び前記ピクセル分離構造体上に配置された背面反射防止層；及び前記背面反射防止層上に前記ピクセル分離構造体と対応するように配置され、内部に埋込型エアギャップを有するフェンス(fence)；を含む。
本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサは、第１ピクセル；前記第１ピクセルと隣接して配置された第２ピクセル；前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとを分離するピクセル分離構造体；前記第１ピクセル、前記第２ピクセル、及び前記ピクセル分離構造体上に配置され、複数個のサブ背面反射防止層を含む背面反射防止層；及び前記背面反射防止層上に前記ピクセル分離構造体と対応するように配置され、内部に埋込型エアギャップを有し、前記サブ背面反射防止層のうち、少なくとも１つを貫通する貫通部を有するフェンス(fence)；を含む。
本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサは、第１面と、前記第１面と対向する第２面を有する基板；前記基板内に位置する第１ピクセル；前記基板内に前記第１ピクセルと隣接して配置された第２ピクセル；前記第２面と前記第１面との間に位置して前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとを互いに分離するピクセル分離構造体；前記第２面上の前記第１ピクセル、前記第２ピクセル、及び前記ピクセル分離構造体上に配置され、複数個のサブ背面反射防止層を含む背面反射防止層；前記背面反射防止層上に前記ピクセル分離構造体と対応するように配置され、内部に埋込型エアギャップを有し、前記サブ背面反射防止層のうち、少なくとも１つを貫通する貫通部を有するフェンス(fence)；及び前記第１ピクセル及び第２ピクセル上の前記背面反射防止層上に配置され、前記フェンスによって分離されるカラーフィルタ；を含む。
本発明のイメージセンサは、埋込型エアギャップを有するフェンスを備えてピクセル同士の間のクロストークを抑制することができる。また、本発明のイメージセンサは、埋込型エアギャップの両側部分にバリア金属層を含み、静電気的欠陥（例えば、傷跡欠陥）を抑制することができる。これにより、本発明のイメージセンサは、解像度、感度、及びイメージ品質を向上させうる。
以下、添付された図面を参照して、本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。以下の本発明の実施例は、いずれか１つのみによって具現化され、また、以下の実施例は、１つ以上の組合せによっても具現化される。したがって、本発明の技術的思想は、１つの実施例に限定して解釈されない。
また、本明細書において、構成要素の単数形は、文脈上、他の場合を明白に指摘していないのであれば、複数形も含む。本明細書では、本発明をさらに明確に説明するために、図面を誇張して図示する。
図１は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサの概略的な回路図である。
具体的に、イメージセンサ１００は、第１基板２及び第２基板７を含む積層型イメージセンサに適用されうる。イメージセンサ１００は、ＣＭＯＳイメージセンサでもある。後述する本発明の技術的思想は、第１基板２に主に適用されうる。
イメージセンサ１００は、第１基板２及び第２基板７を含む。イメージセンサ１００は、第２基板７上に第１基板２を積層及び接合して構成する。第１基板２は、ピクセル回路を含むセンサ基板でもある。第２基板７は、ピクセル回路を駆動するためのロジック回路が形成されており、第１基板２を支持する支持基板でもある。第１基板２及び第２基板７は、電気的に連結されうる。
さらに詳細に説明すれば、第１基板２に光電変換領域を含む単位ピクセル（ＰＸまたは、単位画素）が規則的に２次元的に配列されたピクセルアレイ領域４が設けられている。ピクセルアレイ領域４には、ピクセル駆動線５が行方向に配線され、垂直信号線６が列方向に配線されている。
１つの単位ピクセルＰＸは、１本のピクセル駆動線５と１本の垂直信号線６に接続される状態に配置されている。各単位ピクセルＰＸには、光電変換部、及び電荷蓄積部と、トランジスタ、例えば、MOS(metal oxide semiconductor)トランジスタ、及び／または容量素子などで構成されたピクセル回路が設けられる。
第２基板７には、第１基板２に設けられた各単位ピクセルＰＸを駆動するための垂直駆動回路８、カラム信号処理回路９、水平駆動回路１１、及びシステム制御回路１３などのロジック回路が設けられる。イメージセンサ１００は、水平駆動回路１１を通じて電圧Ｖｏｕｔ（出力電圧）が出力されうる。
図２は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサに含まれるピクセル回路図である。
具体的に、複数のピクセルＰＸは、マトリックス状または、アレイ状に配列されうる。複数のピクセルＰＸそれぞれは、伝送トランジスタＴＸとロジックトランジスタＲＸ、ＳＸ、ＤＸを含んでもよい。
ロジックトランジスタＲＸ、ＳＸ、ＤＸは、リセットトランジスタＲＸ、選択トランジスタＳＸ、及び駆動トランジスタＤＸ（またはソースフォロワートランジスタ）を含んでもよい。リセットトランジスタＲＸは、リセットゲートＲＧを含み、選択トランジスタＳＸは、選択ゲートＳＧを含み、伝送トランジスタＴＸは、伝送ゲートＴＧを含んでもよい。
複数のピクセルＰＸそれぞれは、光電変換素子ＰＤ及びフローティング拡散領域ＦＤを含む。光電変換素子ＰＤは、後述する光電変換領域に対応しうる。光電変換素子ＰＤは、外部から入射された光量に比例して光電荷を生成及び蓄積、フォトダイオード、フォトトランジスタ(photo transistor)、フォトゲート、ピンドフォトダイオード(Pinned Photo Diode; PPD)、及びそれらの組合せが使用されうる。
伝送トランジスタＴＸは、伝送ゲートＴＧに伝達される伝送制御信号によって動作可能である。伝送ゲートＴＧは、光電変換素子ＰＤで生成された電荷をフローティング拡散領域(FD, Floating Diffusion)に伝送することができる。フローティング拡散領域ＦＤは、光電変換素子ＰＤで生成された電荷を伝送されて累積して保存することができる。光電変換素子ＰＤで生成される電荷は、伝送トランジスタＴＸによってフローティング拡散領域ＦＤに伝達されて蓄積されうる。フローティング拡散領域ＦＤに蓄積された光電荷の量によって駆動トランジスタＤＸが制御されうる。
リセットトランジスタＲＸは、フローティング拡散領域ＦＤに蓄積された電荷を周期的にリセットさせうる。リセットトランジスタＲＸは、リセットゲートＲＧを介して伝達されるリセット制御信号によって動作可能である。リセットトランジスタＲＸのドレイン電極は、フローティング拡散領域ＦＤと連結され、ソース電極は、電源電圧ＶＤＤに連結される。
リセット制御信号によってリセットトランジスタＲＸがターンオン(turn-on)になれば、リセットトランジスタＲＸのソース電極と連結された電源電圧ＶＤＤが前記フローティング拡散領域ＦＤに伝達される。リセットトランジスタＲＸがターンオンされるとき、フローティング拡散領域ＦＤに蓄積された電荷が排出されてフローティング拡散領域ＦＤがリセットされうる。リセットトランジスタＲＸは、フローティング拡散領域ＦＤの電圧を電源電圧ＶＤＤにリセットすることができる。
駆動トランジスタＤＸは、複数のピクセルＰＸの外部に位置する電流源（図示せず）と連結されてソースフォロワーバッファ増幅器(Source Follower Buffer Amplifier)として機能する。駆動トランジスタＤＸは、フローティング拡散領域ＦＤに蓄積された電荷を増幅させて選択トランジスタＳＸに伝達することができる。駆動トランジスタＤＸは、フローティング拡散領域ＦＤでの電位変化を増幅し、それを出力電圧Ｖｏｕｔに出力する。
選択トランジスタＳＸは、行単位で複数のピクセルＰＸを選択する。選択トランジスタＳＸは、選択ゲートＳＧに伝達される選択制御信号によって単位ピクセルが選択されうる。選択トランジスタＳＸがターンオンされるとき、電源電圧ＶＤＤが選択トランジスタＳＸのソース電極に伝達されうる。選択トランジスタＳＸは、選択制御信号によって動作し、スイッチング及びアドレッシング（addressing：アドレス指定）動作を遂行することができる。選択制御信号が選択トランジスタＳＸに印加されれば、選択トランジスタＳＸは、単位ピクセルに連結された出力電圧Ｖｏｕｔを出力することができる。
図３は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサの平面図である。
具体的に、イメージセンサ１００は、複数のピクセルＰＸを含む。複数のピクセルＰＸは、２次元的に配列されうる。例えば、第２ピクセルＰＸ２は、第１ピクセルＰＸ１から第１方向（Ｘ方向）に離れ、第３ピクセルＰＸ３は、第１ピクセルＰＸ１から第２方向（Ｙ方向）に離れる。
第４ピクセルＰＸ４は、第１ピクセルＰＸ１から対角方向（Ｄ方向）に離れ、第２ピクセルＰＸ２から第２方向（Ｙ方向）に離れ、第３ピクセルＰＸ３から第１方向（Ｘ方向）に離れる。
一部実施例において、第１方向（Ｘ方向）は、第２方向（Ｙ方向）に垂直でもある。一部実施例において、対角方向（Ｄ方向）は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）に対して斜めでもある。一部実施例において、対角方向（Ｄ方向）は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）と４５°をなしている。しかし、他の実施例において、対角方向（Ｄ方向）は、第１方向（Ｘ方向）及び第２方向（Ｙ方向）と異なる角度をなしうる。
複数のピクセルＰＸの間には、ピクセル分離構造体１５０が位置してもよい。ピクセル分離構造体１５０は、１つのピクセルＰＸを隣接したピクセルＰＸから、例えば、第１ピクセルＰＸ１を第２ピクセルＰＸ２から物理的かつ電気的に分離させうる。ピクセル分離構造体１５０は、平面視、メッシュ状または、グリッド状に配置されうる。一部実施例において、ピクセル分離構造体１５０は、複数のピクセルＰＸの間に延びる。例えば、ピクセル分離構造体１５０は、第１ピクセルＰＸ１と第２ピクセルＰＸ２との間、第１ピクセルＰＸ１と第３ピクセルＰＸ３との間、第２ピクセルＰＸ２と第４ピクセルＰＸ４との間、及び第３ピクセルＰＸ３と第４ピクセルＰＸ４との間に延びる。
ピクセル分離構造体１５０上にフェンス１６３が配置されうる。フェンス１６３は、平面図上でピクセル分離構造体１５０と重畳されうる。フェンス１６３は、平面図上でピクセルＰＸ同士の間に沿って延びる。例えば、平面図上において、フェンス１６３は、第１ピクセルＰＸ１と第２ピクセルＰＸ２との間、第１ピクセルＰＸ１と第３ピクセルＰＸ３との間、第２ピクセルＰＸ２と第４ピクセルＰＸ４との間、及び第３ピクセルＰＸ３と第４ピクセルＰＸ４との間に延びる。
図４は、図３のＡ－Ａ’線によるイメージセンサの断面図である。
具体的に、イメージセンサ１００は、基板１１０、光電変換領域１２０、伝送ゲートＴＧ、ピクセル分離構造体１５０、前面構造物１３０、支持基板１４０、背面反射防止層１６２、埋込型(buried)エアギャップＡＧを有するフェンス１６３、追加背面反射防止層１６４、パッシベーション層１６５、カラーフィルタ１７０、マイクロレンズ１８０、及びキャッピング層１９０を含む。
基板１１０は、第１面１１０Ｆ１と第２面１１０Ｆ２を含む。第１面１１０Ｆ１は、基板１１０の前面でもある。第２面１１０Ｆ２は、基板１１０の背面でもある。一部実施例において、基板１１０は、ＩV族半導体物質、ＩＩＩ－V族半導体物質、またはＩＩ－VＩ族半導体物質のような半導体物質を含んでもよい。
ＩV族半導体物質は、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、またはシリコン（Ｓｉ）－ゲルマニウム（Ｇｅ）を含む。ＩＩＩ－V族半導体物質は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、ヒ化インジウム（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、またはヒ化インジウムガリウム（ＩｎＧａＡｓ）を含んでもよい。ＩＩ－VＩ族半導体物質は、テルル化亜鉛（ＺｎＴｅ）、または硫化カドミウム（ＣｄＳ）を含んでもよい。
半導体基板１１０は、Ｐ型半導体基板を含む。一部実施例において、半導体基板１１０は、Ｐ型シリコン基板からなってもいる。一部実施例において、半導体基板１１０は、Ｐ型バルク基板とその上に成長されたＰ型または、Ｎ型エピ層を含んでもよい。一部実施例において、半導体基板１１０は、Ｎ型バルク基板と、その上に成長されたＰ型またはＮ型エピ層を含んでもよい。
光電変換領域１２０は、基板１１０内に配置されうる。光電変換領域１２０は、光信号を電気信号に変換することができる。光電変換領域１２０は、基板１１０の内部に形成されたフォトダイオード領域（図示せず）及びウェル領域（図示せず）を含む。光電変換領域１２０は、基板１１０と反対である導電型の不純物がドーピングされた不純物領域でもある。
伝送ゲートＴＧは、基板１１０内に配置されうる。伝送ゲートＴＧは、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から基板１１０内部に延びる。伝送ゲートＴＧは、伝送トランジスタ（図２のＴＸ）の一部でもある。基板１１０の第１面１１０Ｆ１上には、図２で説明した伝送トランジスタＴＸ、リセットトランジスタＲＸ、駆動トランジスタＤＸ、及び選択トランジスタＳＸが形成されうる。
図４に図示されていないが、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上には、活性領域（図示せず）及びフローティング拡散領域(floating diffusion region)ＦＤを定義する素子分離膜（図示せず）がさらに形成されうる。光電変換領域１２０、伝送ゲートＴＧ、複数のトランジスタ、及びフローティング拡散領域は、前述したピクセルＰＸを構成することができる。
ピクセル分離構造体１５０は、基板１１０を貫通し、１つのピクセルＰＸを隣接したピクセルＰＸから、例えば、第１ピクセルＰＸ１を第２ピクセルＰＸ２から物理的かつ電気的に分離させうる。ピクセル分離構造体１５０は、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から第２面１１０Ｆ２まで延びうる。
一部実施例において、ピクセル分離構造体１５０は、導電層１５２と絶縁ライナー１５４を含んでもよい。導電層１５２と絶縁ライナー１５４それぞれは、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から第２面１１０Ｆ２まで基板１１０を貫通することができる。絶縁ライナー１５４は、基板１１０と導電層１５２との間に配置されて導電層１５２を基板１１０から電気的に分離することができる。
一部実施例において、導電層１５２は、ポリシリコンまたは、金属などの導電物質を含んでもよい。絶縁ライナー１５４は、ハフニウム酸化物、アルミニウム酸化物、タンタル酸化物のような金属酸化物を含み、そのような場合、絶縁ライナー１５４は、負の固定電荷層(negative fixed charge layer)として作用することができる。一部実施例において、絶縁ライナー１５４は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物などの絶縁物質を含んでもよい。
基板１１０の第１面１１０Ｆ１上には、前面構造物（front side structure）１３０が配置されうる。前面構造物１３０は、配線層１３４及び絶縁層１３６を含んでもよい。絶縁層１３６は、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上で配線層１３４を電気的に分離することができる。
配線層１３４は、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上のトランジスタと電気的に連結されうる。配線層１３４は、タングステン、アルミニウム、銅、タングステンシリサイド、チタンシリサイド、タングステン窒化物、チタン窒化物、ドーピングされたポリシリコンなどを含んでもよい。絶縁層１３６は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、シリコン酸窒化物、低誘電(low-k)物質などの絶縁物質を含んでもよい。
低誘電物質は例えば、FOX(Flowable Oxide), TOSZ(Torene SilaZene), USG(Undoped Silica Glass), BSG(Borosilica Glass), PSG(PhosphoSilica Glass), BPSG(BoroPhosphoSilica Glass), PETEOS(Plasma Enhanced Tetra Ethyl Ortho Silicate), FSG(Fluoride Silicate Glass), CDO(Carbon Doped silicon Oxide), Xerogel, Aerogel, Amorphous Fluorinated Carbon, OSG(Organo Silicate Glass), Parylene, BCB(bis-benzocyclobutenes), SiLK, polyimide,多孔質重合体及びそれらの組合せのうち、少なくとも１つを含んでもよいが、それらに制限されるものではない。選択的に、前面構造物１３０上には支持基板１４０が配置されうる。
支持基板１４０と前面構造物１３０との間には、接着部材（図示せず）がさらに配置されうる。支持基板１４０は、図１の第２基板７に該当する。支持基板１４０は、画素回路を駆動するためのロジック回路が形成され、基板１１０を支持する支持基板でもある。
背面反射防止層１６２は、基板１１０の第２面１１０Ｆ２上に配置されうる。背面反射防止層１６２は、全てのピクセルＰＸ及びピクセル分離構造体１５０上に配置されうる。一部実施例において、背面反射防止層１６２は、ハフニウム酸化物を含んでもよい。一部実施例において、追加背面反射防止層１６４は、シリコン酸化物を含んでもよい。
一部実施例において、背面反射防止層１６２は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、または酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含んでもよい。一部実施例において、背面反射防止層１６２の厚さは、約５０ｎｍ～約２００ｎｍでもある。
フェンス１６３は、背面反射防止層１６２上に配置されうる。フェンス１６３は、グリッド(grid)と名付けてもよい。フェンス１６３は、前述しように平面図上でピクセル分離構造体１５０と重畳されうる。一部実施例において、フェンス１６３の高さは、約３００ｎｍ～約５００ｎｍでもある。一部実施例において、フェンス１６３は、埋込型エアギャップＡＧ、第１フェンス層１６３ａ、フェンスキャッピング層１６３ｂ、及び第２フェンス層１６３ｃを含んでもよい。
一部実施例において、フェンス１６３を構成する第１フェンス層１６３ａ及び第２フェンス層１６３ｃは、低屈折率物質を含んでもよい。一部実施例において、フェンスキャッピング層１６３ｂは、第１フェンス層１６３ａ及び第２フェンス層１６３ｃよりも高い屈折率物質を含む。フェンスキャッピング層１６３ｂは、シリコン酸化物でもある。一部実施例において、フェンスキャッピング層１６３ｂの屈折率は、１．４５～１．５５でもある。
一部実施例において、第１フェンス層１６３ａ及び第２フェンス層１６３ｃを構成する低屈折率物質は、約１．０より大きく、約１．４よりも小さいか、同一である屈折率を有することができる。一部実施例において、低屈折率物質は、PMMA(polymethylmetacrylate)、シリコンアクリレート(silicon acrylate), CAB(cellulose acetatebutyrate)、シリカ(silica)、またはFSA(fluoro-silicon acrylate)を含んでもよい。例えば、低屈折率物質は、シリカ（ＳｉＯｘ）粒子が分散されたポリマー物質を含んでもよい。
フェンス１６３が相対的に低い屈折率を有する低屈折率物質を含む場合、フェンス１６３に向かって入射される光が全反射されてピクセルＰＸの中心部方向に向かうように指向されうる(directed)。フェンス１６３は、１つのピクセルＰＸ上に配置されるカラーフィルタ１７０の内部に斜めに入射される光が隣接したピクセルＰＸ上に配置されるカラーフィルタ１７０に進入することを防止し、これにより、複数のピクセルＰＸの間のクロストークが防止される。
フェンス１６３を構成する埋込型エアギャップＡＧは、低い屈折率、例えば、約１．０を有する。埋込型エアギャップＡＧは、埋込型ボイドと名付けることができる。フェンス１６３が相対的に低い屈折率を有する埋込型エアギャップＡＧを含む場合、埋込型エアギャップＡＧに向かって入射される光が全反射されてピクセルＰＸの中心部方向に向かうように指向されうる(directed)。埋込型エアギャップＡＧは、１つのピクセルＰＸ上に配置されるカラーフィルタ１７０の内部に傾斜角度を有しながら入射される光が隣接したピクセルＰＸ上に配置されるカラーフィルタ１７０に進入することを防止し、これにより、複数のピクセルＰＸの間のクロストークが防止されうる。
一部実施例において、フェンス１６３は、第１フェンス層１６３ａと連結されて背面反射防止層１６２の一部を貫通する貫通部ＰＴを含んでもよい。貫通部ＰＴは、第１フェンス層１６３ａと同一物質で構成されうる。フェンス１６３が低い屈折率を有する貫通部ＰＴを含む場合、貫通部ＰＴに向かって入射される光が全反射されてピクセルＰＸの中心部方向に向かうように指向されうる(directed)。貫通部ＰＴは、１つのピクセルＰＸ上に配置されるカラーフィルタ１７０の内部に傾斜角度を有しながら入射される光が隣接したピクセルＰＸ上に配置されるカラーフィルタ１７０に進入することを防止し、これにより、複数のピクセルＰＸの間のクロストークが防止されうる。
一部実施例において、背面反射防止層１６２及びフェンス１６３上に追加背面反射防止層１６４が配置されうる。追加背面反射防止層１６４は、背面反射防止層１６２及びフェンス１６３を覆う。具体的に、追加背面反射防止層１６４は、背面反射防止層１６２の上面、フェンス１６３の側面、及びフェンス１６３の上面上に配置されうる。
一部実施例において、追加背面反射防止層１６４は、シリコン酸化物を含んでもよい。一部実施例において、追加背面反射防止層１６４は、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化ネオジム（Ｎｄ２Ｏ３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ２Ｏ３）、酸化サマリウム（Ｓｍ２Ｏ３）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化テルビウム（Ｔｂ２Ｏ３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ２Ｏ３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ２Ｏ３）、酸化ツリウム（Ｔｍ２Ｏ３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ２Ｏ３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ２Ｏ３）、または酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を含んでもよい。
パッシベーション層１６５は、追加背面反射防止層１６４上に配置されうる。パッシベーション層１６５は、追加背面反射防止層１６４、背面反射防止層１６２及びフェンス１６３を保護することができる。一部実施例において、パッシベーション層１６５は、アルミニウム酸化物を含んでもよい。一部実施例において、パッシベーション層１６５の厚さは、約５ｎｍ～約２０ｎｍである。
複数のカラーフィルタ１７０は、パッシベーション層１６５上に配置され、フェンス１６３によって互いに分離されうる。一部実施例において、複数のカラーフィルタ１７０は、緑色フィルタ、青色フィルタ、及び赤色フィルタの組合せでもある。一部実施例において、複数のカラーフィルタ１７０は、シアン(cyan)、マゼンタ(magenta)、またはイエロー(yellow)の組合せでもある。
マイクロレンズ１８０がカラーフィルタ１７０及びパッシベーション層１６５上に配置されうる。マイクロレンズ１８０は、ピクセルＰＸに対応するように配置されうる。マイクロレンズ１８０は、透明でもある。一部実施例において、マイクロレンズ１８０は、可視光線領域の光に対して９０％以上の透過率を有することができる。可視光線領域の光は、３８０ｎｍ～７７０ｎｍの波長を有することができる。
一部実施例において、マイクロレンズ１８０は、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、またはシロキサン系樹脂などの樹脂系材料によって形成されうる。マイクロレンズ１８０は、入射光を集光し、集光された光は、カラーフィルタ１７０を通じて光電変換領域１２０に入射されうる。キャッピング層１９０は、マイクロレンズ１８０上に配置されうる。
図５は、図４のＥＬ領域の拡大図であり、図６は、図５の埋込型エアギャップを含むフェンスを詳細に説明するための図面である。
具体的に、図５に図示したように基板１１０及びピクセル分離構造体１５０上に背面反射防止層１６２が形成されうる。背面反射防止層１６２は、複数個のサブ背面反射防止層１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄを含んでもよい。本実施例では、背面反射防止層１６２は、４層、すなわち、第１ないし第４サブ背面反射防止層１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄを含むが、それより多くの、または少ない層数を含む。
サブ背面反射防止層１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄは、前述した背面反射防止層１６２を構成する物質の組合せで構成することができる。サブ背面反射防止層１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄは、互いに異なる厚さの複数の物質層で構成されうる。
一部実施例において、第１サブ背面反射防止層１６２ａは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）で構成し、第２サブ背面反射防止層１６２ｂ及び第４サブ背面反射防止層１６２ｄは、ハフニウム酸化物で構成し、第３サブ背面反射防止層１６２ｃは、シリコン酸化物で構成することができる。
背面反射防止層１６２上に基板１１０と垂直方向にピクセル分離構造体１５０と対応または整列されるようにフェンス１６３が位置することができる。フェンス１６３は、複数個のフェンス層１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃを含んでもよい。一部実施例において、フェンス１６３は、第１フェンス層１６３ａ、フェンスキャッピング層１６３ｂ及び第２フェンス層１６３ｃを含んでもよい。フェンス１６３は、第１フェンス層１６３ａ内に形成された埋込型エアギャップＡＧを含んでもよい。
第１フェンス層１６３ａ及び第２フェンス層１６３ｃは、低屈折率物質を含んでもよい。低屈折率物質は、前述したので、その説明は省略する。フェンスキャッピング層１６３ｂは、第１フェンス層１６３ａ及び第２フェンス層１６３ｃよりも高い屈折率物質、例えば、シリコン酸化物でもある。埋込型エアギャップＡＧは、第１フェンス層１６３ａ内に形成されうる。
一部実施例において、フェンス１６３は、第１フェンス層１６３ａと連結されてサブ背面反射防止層１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄのうち、少なくとも１つを貫通する貫通ホールＯＰ１内に形成された貫通部ＰＴを含んでもよい。貫通部ＰＴは、本実施例において、第３及び第４サブ背面反射防止層１６２ｃ、１６２ｄを貫通するように図示しているが、貫通部ＰＴは、サブ背面反射防止層１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄをいずれも貫通することができる。
ここで、図６を参照して、埋込型エアギャップＡＧを含むフェンス１６３をさらに詳細に説明する。
一部実施例において、背面反射防止層１６２の表面と水平な横方向（すなわち、Ｘ方向）に貫通部ＰＴは、背面反射防止層１６２上で下部の幅Ｘ１ａが上部の幅Ｘ１ｂより小さい。背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（すなわち、Ｚ方向）に貫通部ＰＴは、第１厚さＴＨ１を有する。一部実施例において、第１厚さＴＨ１は、数百ｎｍの厚さでもある。
背面反射防止層１６２の表面と水平な横方向（すなわち、Ｘ方向）に第２フェンス層１６３ｃの幅Ｘ４は、第１フェンス層１６３ａの幅Ｘ３、Ｘ２より小さい。背面反射防止層１６２の表面と水平な横方向（すなわち、Ｘ方向）に背面反射防止層１６２上の第１フェンス層１６３ａの中間部分の幅Ｘ３は、下部の幅Ｘ２より小さい。一部実施例において、幅Ｘ２、Ｘ３、Ｘ４は、数十ｎｍでもある。
一部実施例において、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（すなわち、Ｚ方向）に第１フェンス層１６３ａは、第１厚さＴＨ１より厚い第２厚さＴＨ２でもある。一部実施例において、第２厚さＴＨ２は、数百ｎｍでもある。
背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（すなわち、Ｚ方向）にフェンスキャッピング層１６３ｂは、第１厚さＴＨ１及び第２厚さＴＨ２より薄い第３厚さＴＨ３でもある。一部実施例において、第３厚さＴＨ３は、数ｎｍでもある。
背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（すなわち、Ｚ方向）に第２フェンス層１６３ｃは、第２厚さＴＨ２より薄く、第３厚さＴＨ３より厚い第４厚さＴＨ４でもある。一部実施例において、第４厚さＴＨ４は、数百ｎｍでもある。
一部実施例において、埋込型エアギャップＡＧは、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（すなわち、Ｚ方向）の高さＺ１が背面反射防止層１６２の表面と水平な横方向の幅Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７より厚くなる。高さＺ１は、数百ｎｍであり、幅Ｘ５、Ｘ６、Ｘ７は、数十ｎｍでもある。
一部実施例において、埋込型エアギャップＡＧは、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（Ｚ方向）に弓状のプロファイルＰＲＦを有する。一部実施例において、埋込型エアギャップＡＧは、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（すなわち、Ｚ方向）に下部ＡＧ１、中間部分ＡＧ２及び上部ＡＧ３を含んでもよい。埋込型エアギャップＡＧは、背面反射防止層１６２の表面と水平な横方向（すなわち、Ｘ方向）に中間部分ＡＧ２の幅Ｘ６が上部ＡＧ３及び下部ＡＧ１の幅Ｘ５、Ｘ７より大きくなる。
図７は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサの埋込型エアギャップを有するフェンスを説明するための平面図である。
具体的に、イメージセンサ１００－１のフェンス１６３－１は、図３ないし図６のイメージセンサ１００のフェンス１６３に該当する。イメージセンサ１００－１は、複数のピクセルＰＸ、例えば、第１ピクセルＰＸ１、第２ピクセルＰＸ２、第３ピクセルＰＸ３、及び第４ピクセルＰＸ４を含んでもよい。複数のピクセルＰＸは、２次元的に配列され、互いに離れて配置されうる。複数のピクセルＰＸの配置については、図３で説明したので、ここではその説明を省略する。
フェンス１６３－１は、ピクセルＰＸを全体として取り囲みながら連結されうる。例えば、フェンス１６３－１は、第４ピクセルＰＸ４の左側及び右側にそれぞれ全体として延びて配置された第１連結ラインフェンス部分１６３－１ａ及び第２連結ラインフェンス部分１６３－１ｂを含んでもよい。
また、フェンス１６３－１は、第４ピクセルＰＸ４の上側及び下側にそれぞれ全体として延びて配置された第３連結ラインフェンス部分１６３－１ｃ及び第４連結ラインフェンス部分１６３－１ｄを含んでもよい。第１連結ラインフェンス部分１６３－１ａ、第２連結ラインフェンス部分１６３－１ｂ、第３連結ラインフェンス部分１６３－１ｃ及び第４連結ラインフェンス部分１６３－１ｄは、互いに連結されうる。
フェンス１６３－１内には、埋込型エアギャップＡＧａ、ＡＧｂ、ＡＧｃ、ＡＧｄを含む。埋込型エアギャップＡＧａ、ＡＧｂ、ＡＧｃ、ＡＧｄは、フェンス１６３－１内で平面的に複数のピクセルＰＸの周囲を全体として取り囲むように配置された連結型パターンでもある。埋込型エアギャップＡＧａ、ＡＧｂ、ＡＧｃ、ＡＧｄは、図４ないし図６の埋込型エアギャップＡＧに該当する。埋込型エアギャップＡＧａ、ＡＧｂ、ＡＧｃ、ＡＧｄは、それぞれ第１連結ラインフェンス部分１６３－１ａ、第２連結ラインフェンス部分１６３－１ｂ、第３連結ラインフェンス部分１６３－１ｃ及び第４連結ラインフェンス部分１６３－１ｄに形成されうる。図７において、埋込型エアギャップＡＧａ、ＡＧｂ、ＡＧｃ、ＡＧｄは、互いに連結されていように図示しているが、必要によって互いに離れて位置してもよい。
そのように構成されるフェンス１６３－１は、前述したように、ピクセルＰＸ同士の間、例えば、第１ないし第４ピクセルＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３、ＰＸ４の間の光干渉を減らしてクロストークを改善することができる。
図８は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサの埋込型エアギャップを有するフェンスを説明するための平面図である。
具体的に、イメージセンサ１００－２は、図７のイメージセンサ１００－１と比較したとき、フェンス１６３－２内の埋込型エアギャップＡＧａ－１、ＡＧｂ－１、ＡＧｃ－１、ＡＧｄ－１の配置または形態が異なることを除いては、同一である。図８において、図７と同じ内容は、簡単に説明するか、省略する。
イメージセンサ１００－２は、複数のピクセルＰＸ、例えば、第１ピクセルＰＸ１、第２ピクセルＰＸ２、第３ピクセルＰＸ３、及び第４ピクセルＰＸ４を含んでもよい。イメージセンサ１００－２は、第１ピクセルＰＸ１、第２ピクセルＰＸ２、第３ピクセルＰＸ３、及び第４ピクセルＰＸ４それぞれの周りに互いに離れて配置される埋込型エアギャップＡＧａ－１、ＡＧｂ－１、ＡＧｃ－１、ＡＧｄ－１を含んでもよい。埋込型エアギャップＡＧａ－１、ＡＧｂ－１、ＡＧｃ－１、ＡＧｄ－１は、フェンス１６３－２内において平面的に複数のピクセルＰＸの周囲を部分的に取り囲む分離型パターンでもある。
埋込型エアギャップＡＧａ－１、ＡＧｂ－１、ＡＧｃ－１、ＡＧｄ－１は、それぞれ第１連結ラインフェンス部分１６３－１ａ、第２連結ラインフェンス部分１６３－１ｂ、第３連結ラインフェンス部分１６３－１ｃ及び第４連結ラインフェンス部分１６３－１ｄに形成されうる。
そのように構成されるフェンス１６３－２は、前述したようにピクセルＰＸ同士の間、例えば、第１ないし第４ピクセルＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３、ＰＸ４の間の光干渉を減らしてクロストークを改善することができる。
図９は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサの埋込型エアギャップを有するフェンスを説明するための平面図である。
具体的に、イメージセンサ１００－３は、図７及び図８のイメージセンサ１００－１、１００－２と比較したとき、フェンス１６３－３内の埋込型エアギャップＡＧａ－２、ＡＧｂ－２、ＡＧｃ－２、ＡＧｄ－２の配置または形態が異なることを除いては、同一である。図９で、図７及び図８と同じ内容は、簡単に説明するか、省略する。
イメージセンサ１００－３は、複数のピクセルＰＸ、例えば、第１ピクセルＰＸ１、第２ピクセルＰＸ２、第３ピクセルＰＸ３、及び第４ピクセルＰＸ４を含んでもよい。イメージセンサ１００－３は、第１ピクセルＰＸ１、第２ピクセルＰＸ２、第３ピクセルＰＸ３、及び第４ピクセルＰＸ４それぞれの周りに互いに離れて配置される埋込型エアギャップＡＧａ－２、ＡＧｂ－２、ＡＧｃ－２、ＡＧｄ－２を含んでもよい。
埋込型エアギャップＡＧａ－２、ＡＧｂ－２、ＡＧｃ－２、ＡＧｄ－２は、それぞれ第１連結ラインフェンス部分１６３－１ａ、第２連結ラインフェンス部分１６３－１ｂ、第３連結ラインフェンス部分１６３－１ｃ及び第４連結ラインフェンス部分１６３－１ｄに形成されうる。埋込型エアギャップＡＧａ－２、ＡＧｂ－２、ＡＧｃ－２、ＡＧｄ－２は、フェンス１６３－３内で平面的に複数のピクセルＰＸの周囲を全体かつ部分的に取り囲む混合型パターンでもある。
ここで、埋込型エアギャップＡＧｃ－２、ＡＧｄ－２は、第３連結ラインフェンス部分１６３－１ｃ及び第４連結ラインフェンス部分１６３－１ｄからＸ方向に延びて配置されうる。埋込型エアギャップＡＧｃ－２、ＡＧｄ－２は、Ｘ方向に延びながら第１ピクセルＰＸ１及び第３ピクセルＰＸ３の間、及び第２ピクセルＰＸ２及び第４ピクセルＰＸ４の間に配置されうる。
そのように構成されるフェンス１６３－３は、前述したようにピクセルＰＸ同士の間、例えば、第１ないし第４ピクセルＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３、ＰＸ４の間の光干渉を減らしてクロストークを改善することができる。
図１０は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサのセンサの埋込型エアギャップを有するフェンスを説明するための平面図である。
具体的に、イメージセンサ１００－４は、図７及び図８のイメージセンサ１００－１、１００－２と比較したとき、フェンス１６３－４の埋込型エアギャップＡＧａ－３、ＡＧｂ－３、ＡＧｃ－３、ＡＧｄ－３の配置または形態が異なることを除いては、同一である。図１０において、図７及び図８と同じ内容は、簡単に説明するか、省略する。
イメージセンサ１００－４は、複数のピクセルＰＸ、例えば、第１ピクセルＰＸ１、第２ピクセルＰＸ２、第３ピクセルＰＸ３、及び第４ピクセルＰＸ４を含んでもよい。イメージセンサ１００－４は、第１ピクセルＰＸ１、第２ピクセルＰＸ２、第３ピクセルＰＸ３、及び第４ピクセルＰＸ４それぞれの周りに互いに離れて配置される埋込型エアギャップＡＧａ－３、ＡＧｂ－３、ＡＧｃ－３、ＡＧｄ－３を含んでもよい。
埋込型エアギャップＡＧａ－３、ＡＧｂ－３、ＡＧｃ－３、ＡＧｄ－３は、それぞれ第１連結ラインフェンス部分１６３－１ａ、第２連結ラインフェンス部分１６３－１ｂ、第３連結ラインフェンス部分１６３－１ｃ及び第４連結ラインフェンス部分１６３－１ｄに形成される埋込型エアギャップＡＧａ－３、ＡＧｂ－３、ＡＧｃ－３、ＡＧｄ－３は、フェンス１６３－４内で平面的に複数のピクセルＰＸの周囲を全体かつ部分的に取り囲む混合型パターンでもある。
ここで、埋込型エアギャップＡＧａ－３、ＡＧｃ－３は、第１連結ラインフェンス部分１６３－１ａ及び第２連結ラインフェンス部分１６３－１ｂからＹ方向に延びて配置されうる。埋込型エアギャップＡＧａ－３、ＡＧｃ－３は、Ｙ方向に延びながら第１ピクセルＰＸ１及び第２ピクセルＰＸ２の間、及び第３ピクセルＰＸ３及び第４ピクセルＰＸ４の間に配置されうる。
そのように構成されるフェンス１６３－４は、前述したようにピクセルＰＸ同士の間、例えば、第１ないし第４ピクセルＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３、ＰＸ４の間の光干渉を減らしてクロストークを改善することができる。
図１１は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサのセンサの埋込型エアギャップを有するフェンスを説明するための平面図である。
具体的に、イメージセンサ１００－５は、図７のイメージセンサ１００－１と比較したとき、フェンス１６３－５の埋込型エアギャップＡＧａ－４、ＡＧｂ－４、ＡＧｃ－４、ＡＧｄ－４の配置または形態が異なることを除いては、同一である。図１１において、図７と同じ内容は、簡単に説明するか、省略する。
イメージセンサ１００－５は、複数のピクセルＰＸ、例えば、第１ピクセルＰＸ１、第２ピクセルＰＸ２、第３ピクセルＰＸ３、及び第４ピクセルＰＸ４を含んでもよい。イメージセンサ１００－４は、第１ピクセルＰＸ１、第２ピクセルＰＸ２、第３ピクセルＰＸ３、及び第４ピクセルＰＸ４それぞれの周りに互いに離れて配置される埋込型エアギャップＡＧａ－４、ＡＧｂ－４、ＡＧｃ－４、ＡＧｄ－４を含んでもよい。
埋込型エアギャップＡＧａ－４、ＡＧｂ－４、ＡＧｃ－４、ＡＧｄ－４は、それぞれ第１連結ラインフェンス部分１６３－１ａ、第２連結ラインフェンス部分１６３－１ｂ、第３連結ラインフェンス部分１６３－１ｃ及び第４連結ラインフェンス部分１６３－１ｄに形成されうる。
ここで、埋込型エアギャップＡＧａ－４、ＡＧｂ－４、ＡＧｃ－４、ＡＧｄ－４は、ピクセルＰＸをドット状に取り囲む形態でもある。埋込型エアギャップＡＧａ－４、ＡＧｂ－４、ＡＧｃ－４、ＡＧｄ－４は、互いに離れている複数個のドット（ドットパターン）でもある。
そのように構成されるフェンス１６３－２は、前述したようにピクセルＰＸ同士の間、例えば、第１ないし第４ピクセルＰＸ１、ＰＸ２、ＰＸ３、ＰＸ４の間の光干渉を減らしてクロストークを改善することができる。
図１２は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサのピクセルの平面図である。
具体的に、イメージセンサ１００－６は、図３ないし図６のイメージセンサ１００と比較したとき、ピクセルＰＸａ内に２個の光電変換素子ＰＤ１、ＰＤ２を含むことを除いては、同一である。図１２において、図３ないし図６と同じ内容は、簡単に説明するか、省略する。
イメージセンサ１００－６は、ピクセルＰＸａを含んでもよい。ピクセルＰＸａは、図３のピクセルＰＸに該当する。ピクセルＰＸａは、第１光電変換素子ＰＤ１及び第２光電変換素子ＰＤ２を含んでもよい。
マイクロレンズ１８０の下にカラーフィルタ（図４の１７０）が配置され、カラーフィルタ１７０の下に第１及び第２光電変換素子ＰＤ１、ＰＤ２が配置されうる。第１及び第２光電変換素子ＰＤ１、ＰＤ２は、基板（図４の１１０）に形成されうる。本実施例において、マイクロレンズ１８０の下に第１光電変換素子ＰＤ１及び第２光電変換素子ＰＤ２が並んで配置されうる。そのようにイメージセンサ１００－６のピクセルＰＸａは、２個の光電変換素子ＰＤ１、ＰＤ２を含んで焦点ピクセルとして利用することができる。
図１３は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサのピクセルの平面図である。
具体的に、イメージセンサ１００－７は、図３ないし図６のイメージセンサ１００と比較したとき、ピクセルＰＸｂ内に４個の光電変換素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ４、ＰＤ４を含むことを除いては、同一である。図１３において図３ないし図６と同じ内容は、簡単に説明するか、省略する。
イメージセンサ１００－７は、ピクセルＰＸｂを含んでもよい。ピクセルＰＸｂは、図３のピクセルＰＸに該当する。ピクセルＰＸｂは、第１光電変換素子ＰＤ１、第２光電変換素子ＰＤ２、第３光電変換素子ＰＤ３、及び第４光電変換素子ＰＤ４を含んでもよい。
マイクロレンズ１８０の下にカラーフィルタ（図４の１７０）が配置され、カラーフィルタ１７０の下に第１ないし第４光電変換素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４が配置されうる。第１ないし第２光電変換素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４は、基板（図４の１１０）に形成されうる。本実施例において、マイクロレンズ１８０の下に第１ないし第４光電変換素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４が並んで配置されうる。そのようにイメージセンサ１００－６のピクセルＰＸｂは、２個の光電変換素子ＰＤ１、ＰＤ２を含んで焦点ピクセルとして利用することができる。
図１４Ａないし図１４Ｄは、図３ないし図６のイメージセンサを構成するフェンスの製造方法を示す断面図である。
図１４Ａを参照すれば、ピクセル分離構造体１５０を含む基板１１０の第２面１１０Ｆ２上に背面反射防止物質層１６２’を形成する。背面反射防止物質層１６２’は、複数個のサブ背面反射防止物質層１６２ａ’、１６２ｂ’、１６２ｃ’、１６２ｄ’を含んでもよい。サブ背面反射防止物質層１６２ａ’、１６２ｂ’、１６２ｃ’、１６２ｄ’は、第１ないし第４サブ背面反射防止物質層１６２ａ’、１６２ｂ’、１６２ｃ’、１６２ｄ’を含んでもよい。
背面反射防止物質層１６２’上に第１フェンス物質層１６３ａ’及びフェンスキャッピング物質層１６３ｂ’を形成する。第１フェンス物質層１６３ａ’は、低屈折率物質によって形成することができる。フェンスキャッピング物質層１６３ｂ’は、第１フェンス物質層１６３ａ’と異なる物質層でもある。フェンスキャッピング物質層１６３ｂ’は、第１フェンス物質層１６３ａ’よりも薄い厚さに形成する。
図１４Ｂを参照すれば、フォトエッチング工程を用いてフェンスキャッピング物質層１６３ｂ’、第１フェンス物質層１６３ａ’及び背面反射防止物質層１６２’のうち、一部である第３及び第４サブ背面反射防止物質層１６２ｃ’、１６２ｄ’をパターニングする。前記パターニング工程でフェンスキャッピング物質層１６３ｂ’は、第１フェンス物質層１６３ａ’が過度にエッチングされないようにするエッチング防止層でもある。
キャッピング物質層１６３ｂ’は、第１フェンス物質パターン１６３ａｐの形成工程、例えば、第１フェンス物質層１６３ａ’のエッチング、マスクパターン（図示せず）のアッシング及びストリップ(strip)工程において第１フェンス物質層１６３ａ’が縮小(shrink)されて第２貫通ホール（図１４ＢのＯＰ２）に弓状(bowing shape)の垂直プロファイルを有させるための物質層でもある。第２貫通ホール（図１４ＢのＯＰ２）が弓状の垂直プロファイルを有する場合、第２貫通ホール（図１４ｂのＯＰ２）内にエアギャップ（図１４ＣのＡＧ）が最適化された大きさ、すなわち、最大大きさに形成されうる。
これにより、第２サブ背面反射防止物質層１６２ｂ’上に第３及び第４サブ背面反射防止パターン１６２ｃｐ、１６２ｄｐ、第１フェンス物質パターン１６３ａｐ、フェンスキャッピング物質パターン１６３ｂｐを形成する。また、第３及び第４サブ背面反射防止パターン１６２ｃｐ、１６２ｄｐの間に第１貫通ホールＯＰ１が形成され、第１フェンス物質パターン１６３ａｐ及びフェンスキャッピング物質パターン１６３ｂｐの間に第２貫通ホールＯＰ２が形成されうる。第１貫通ホールＯＰ１及び第２貫通ホールＯＰ２は、連通されうる。
第２貫通ホールＯＰ２の上部は、背面反射防止物質層１６２’上で幅Ｘ８を有することができる。第２貫通ホールＯＰ２の中間部分は、背面反射防止物質層１６２’上で幅Ｘ９を有することができる。第２貫通ホールＯＰ２の中間部分の幅Ｘ９は、第２貫通ホールＯＰ２の上部の幅Ｘ９より大きくもなる。
第２貫通ホールＯＰ２の下部及び第１貫通ホールＯＰ１の上部は、背面反射防止物質層１６２’上で幅Ｘ１ｂを有することができる。第２貫通ホールＯＰ２の下部の幅Ｘ１ｂは、第２貫通ホールＯＰ２の中間部分の幅Ｘ９より小さい。
第１貫通ホールＯＰ１の下部は、背面反射防止物質層１６２’上で幅Ｘ１ａを有することができる。第１貫通ホールＯＰ１の上部の幅Ｘ１ｂは、第１貫通ホールＯＰ１の下部の幅Ｘ１ａより大きくもなる。
図１４Ｃを参照すれば、フェンスキャッピング物質パターン１６３ｂｐ上で第２貫通ホールＯＰ２及び第１貫通ホールＯＰ１の一部を埋め込む第２フェンス物質層１６３ｃ’を形成する。第２フェンス物質層１６３’は、ステップカバレージに劣る物質で形成することができる。第２フェンス物質層１６３ｃ’は、低屈折率物質で形成することができる。第２フェンス物質層１６３ｃ’のステップカバレージが劣る場合、第１フェンス物質パターン１６３ａｐ内にエアギャップＡＧが形成されうる。
図１４Ｄを参照すれば、フォトエッチング工程を用いて第２フェンス物質層１６３ｃ’、フェンスキャッピング物質パターン１６３ｂｐ及び第１フェンス物質パターン１６３ａｐをパターニングする。これにより、第２フェンス層１６３ｃ、フェンスキャッピング層１６３ｂ、第１フェンス層１６３ａ、第１フェンス層１６３ａ内に位置するエアギャップＡＧを含むフェンス１６３を形成する。
最終的に、図１４Ｄにおいて、図１４Ｃの第１及び第２サブ背面反射防止物質層１６２ａ’、１６２ｂ’は、第１及び第２サブ背面反射防止層１６２ａ、１６２ｂとも名付けられる。図１４Ｃの第３及び第４サブ背面反射防止パターン１６２ｃｐ、１６２ｄｐは、第３及び第４サブ背面反射防止層１６２ａ、１６２ｂとも名付けられる。背面反射防止物質層１６２’は、背面反射防止層１６２とも名付けられうる。
図１５は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサの断面図である。
具体的に、イメージセンサ１００ａは、図３ないし図６のイメージセンサ１００と比較したとき、フェンス１６３－６が貫通部（図４のＰＴ）及びフェンスキャッピング層（図４の１６３ｂ）を含まないということを除いては、同一である。図１５において、図３ないし図６と同じ内容は、簡単に説明するか、省略する。
イメージセンサ１００ａは、背面反射防止層１６２上にフェンス１６３－６が形成されうる。フェンス１６３－６は、埋込型エアギャップＡＧ、第１フェンス層１６３ａ及び第２フェンス層１６３ｃを含んでもよい。第１フェンス層１６３ａ及び第２フェンス層１６３ｃは、同一物質で形成されうる。第１フェンス層１６３ａ及び第２フェンス層１６３ｃは、低屈折率物質で形成されうる。背面反射防止層１６２及びフェンス１６３－６上に追加背面反射防止層１６４及びパッシベーション層１６５が配置されうる。
パッシベーション層１６５上にフェンス１６３－６によって互いに分離されるカラーフィルタ１７０が形成されうる。カラーフィルタ１７０及びパッシベーション層１６５上にマイクロレンズ１８０及びキャッピング層１９０が形成されうる。このように構成されるイメージセンサ１００ａは、フェンス１６３－６の構成を単純化させてピクセル同士の間のクロストークを減らすことができる。
図１６は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサの断面図である。
具体的に、イメージセンサ１００ｂは、図３ないし図６のイメージセンサ１００と比較したとき、ピクセル分離構造体１５０ａ及び伝送ゲートＴＧａを含むことを除いては、同一である。図１６において、図３ないし図６と同じ内容は、簡単に説明するか、省略する。
イメージセンサ１００ｂは、ピクセル分離構造体（図４の１５０）の代わりに、ピクセル分離構造体１５０ａを含んでもよい。ピクセル分離構造体１５０ａは、基板１１０を完全に貫通しない。ピクセル分離構造体１５０ａは、基板１１０の第２面１１０Ｆ２から基板１１０内に延びるが、基板１１０の第１面１１０Ｆ１まで到逹しない。
また、イメージセンサ１００ｂは、伝送ゲート（図４のＴＧ）の代わりに、伝送ゲートＴＧａを含んでもよい。伝送ゲートＴＧａは、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に形成され、基板１１０内にリセスされない。このように構成されるイメージセンサ１００ｂは、ピクセル分離構造体１５０ａ及び伝送ゲートＴＧａの構成を多様化しながらも、ピクセル同士の間のクロストークを減らすことができる。
図１７は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサの断面図である。
具体的に、イメージセンサ１００ｃは、図３ないし図６のイメージセンサ１００と比較したとき、埋込型エアギャップＡＧ－１が貫通部ＰＴ内にさらに形成されると共に、背面反射防止層１６２上の埋込型エアギャップＡＧ－１の両側部分にバリア金属層１６３ｄがさらに形成されたことを除いては、同一である。図１７において、図３ないし図６と同一ないしは類似した参照番号は、同一ないしは類似した参照番号を示す。図１７において、図３ないし図６と同一ないしは類似した内容は、簡単に説明するか、省略する。
イメージセンサ１００ｃは、背面反射防止層１６２上にフェンス１６３－７が形成されうる。フェンス１６３－７は、埋込型エアギャップＡＧ－１、第１フェンス層１６３ａ－１、第２フェンス層１６３ｃ－１及びバリア金属層１６３ｄを含んでもよい。
埋込型エアギャップＡＧ－１は、背面反射防止層１６２上に位置するフェンス１６３－７の内部、及び貫通部ＰＴの内部にいずれも配置されている。埋込型エアギャップＡＧ－１は、第１フェンス層１６３ａ－１及び第２フェンス層１６３ｃ－１の内部に配置されうる。特に、埋込型エアギャップＡＧ－１は、第２フェンス層１６３ｃ－１の内部に配置されうる。埋込型エアギャップＡＧ－１は、貫通部ＰＴ内に配置する場合、フェンス１６３－７で占める埋込型エアギャップの比率を増加させてピクセル同士の間のクロストークをさらに減らすことができる。
第１フェンス層１６３ａ－１は、貫通部ＰＴ上で上側に傾斜面を有する。第２フェンス層１６３ｃ－１は、貫通部ＰＴを構成することができる。第２フェンス層１６３ｃ－１は、第１フェンス層１６３ａ－１上に形成することができる。第１フェンス層１６３ａ－１及び第２フェンス層１６３ｃ－１は、同一物質で形成されうる。第１フェンス層１６３ａ－１及び第２フェンス層１６３ｃ－１は、低屈折率物質で形成されうる。
バリア金属層１６３ｄは、背面反射防止層１６２上の埋込型エアギャップＡＧ－１の両側部分に配置されうる。バリア金属層１６３ｄは、金属物質、例えば、ＴｉＮで構成されうる。バリア金属層１６３ｄは、貫通部ＰＴの両側部分に配置されうる。バリア金属層１６３ｄは、フェンス１６３－７の下部、すなわち、第１フェンス層１６３ａ－１の下部に位置することができる。バリア金属層１６３ｄを配置する場合、イメージセンサ１００ｃの静電気性欠陥、例えば、傷跡欠陥(bruising defect)を減らすことができる。
背面反射防止層１６２及びフェンス１６３－７上に追加背面反射防止層１６４及びパッシベーション層１６５が配置されうる。パッシベーション層１６５上にフェンス１６３－７によって互いに分離されるカラーフィルタ１７０が形成されうる。カラーフィルタ１７０及びパッシベーション層１６５上にマイクロレンズ１８０及びキャッピング層１９０が形成されうる。
このように構成されるイメージセンサ１００ｃは、フェンス１６３－７を貫通部ＰＴ内にも形成すると共にバリア金属層１６３ｄを含み、ピクセル同士の間のクロストーク及び静電気性欠陥（例えば、傷跡欠陥）をいずれも減らすことができる。
図１８は、図１７のＥＬ領域の拡大図であり、図１９は、図１８の埋込型エアギャップを含むフェンスを詳細に説明するための図面である。
具体的に、図１８及び図１９において、図５及び図６と同一ないしは類似した参照番号は、同一ないしは類似した部材を示す。図１８及び図１９で、図５及び図６と同一ないしは類似した内容は、簡単に説明するか、省略する。
図１８に図示したように基板１１０及びピクセル分離構造体１５０上に背面反射防止層１６２が形成されうる。背面反射防止層１６２は、複数個のサブ背面反射防止層１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄを含んでもよい。サブ背面反射防止層１６２ａ、１６２、１６２ｃ、１６２ｄは、前記図５及び図６で説明したので、ここでは、その説明は省略する。
背面反射防止層１６２上に基板１１０と垂直方向にピクセル分離構造体１５０と対等にフェンス１６３－７が位置することができる。フェンス１６３－７は、複数個のフェンス層１６３ａ－１、１６３ｃ－１及びバリア金属層１６３ｄを含んでもよい。必要によって、フェンス１６３－７は、バリア金属層１６３ｄを含むが、フェンス１６３－７は、フェンス層１６３ａ－１、１６３ｃ－１のみを含んでもよい。フェンス１６３－７は、第１フェンス層１６３ａ－１及び第２フェンス層１６３ｃ－１内に形成された埋込型エアギャップＡＧ－７を含んでもよい。第１フェンス層１６３ａ－１及び第２フェンス層１６３ｃ－１は、低屈折率物質を含んでもよい。低屈折率物質は、前述したので、ここでは、その説明を省略する。
フェンス１６３－７は、第２フェンス層１６３ｃ－１と連結されてサブ背面反射防止層１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄのうち、少なくとも１つを貫通する貫通ホールＯＰ１内に形成された貫通部ＰＴを含んでもよい。貫通部ＰＴは、本実施例において、貫通部ＰＴは、第３及び第４サブ背面反射防止層１６２ｃ、１６２ｄを貫通するように図示しているが、貫通部ＰＴは、サブ背面反射防止層１６２ａ、１６２ｂ、１６２ｃ、１６２ｄをいずれも貫通することができる。
ここで、図１９を参照して、埋込型エアギャップＡＧ－１を含むフェンス１６３－７をさらに詳細に説明する。
具体的に、背面反射防止層１６２内部の貫通ホールＯＰ１に形成された貫通部ＰＴを含んでもよい。貫通部ＰＴは、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（すなわち、Ｚ方向）に第１厚さＴＨ１を有することができる。一部実施例において、第１厚さＴＨ１は、数百ｎｍの厚さでもある。
貫通部ＰＴの両側部分の背面反射防止層１６２上にバリア金属層１６３ｄが形成されうる。バリア金属層１６３ｄは、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（すなわち、Ｚ方向）に第５厚さＴＨ５を有することができる。一部実施例において、第５厚さＴＨ５は、第１厚さＴＨ１よりも薄い数百ｎｍでもある。
バリア金属層１６３ｄ上に第１フェンス層１６３ａ－１が形成されうる。第１フェンス層１６３ａ－１は、貫通部ＰＴ上で上側に傾斜面ＳＬを有することができる。第１フェンス層１６３ａ－１は、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（すなわち、Ｚ方向）に第６厚さＴＨ６を有することができる。一部実施例において、第６厚さＴＨ６は、第１厚さＴＨ１及び第５厚さＴＨ５よりも厚い数百ｎｍでもある。
第１フェンス層１６３ａ－１の上部及び貫通ホールＯＰ１内に第２フェンス層１６３ｃ－１が形成されうる。第２フェンス層１６３ｃ－１は、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（すなわち、Ｚ方向）に第７厚さを有することができる。一部実施例において、第７厚さＴＨ７は、数百ｎｍでもある。
埋込型エアギャップＡＧ－１は、貫通部ＰＴの内部及び背面反射防止層１６２上に位置する第２フェンス層１６３ｃ－１の内部にいずれも配置されてもいる。埋込型エアギャップＡＧ－１は、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（すなわち、Ｚ方向）の高さＺ２が背面反射防止層１６２の表面と水平な横方向の幅Ｘ１０よりも大きくなる。高さＺ１は、数百ｎｍであり、幅Ｘ１０は、数十ｎｍでもある。
埋込型エアギャップＡＧ－１は、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（Ｚ方向）にキャンドル状のプロファイルＰＲＦ２を有することができる。埋込型エアギャップＡＧ－１は、貫通ホールＯＰ１近傍で内側方向、すなわち、Ｘ方向及びＸ方向にリセスされたリセス部分ＲＥＣを含んでもよい。
キャンドル状のプログラムファイルを有する埋込型エアギャップＡＧ－１は、後述するように製造過程で第４サブ背面反射防止層１６２ｄ及びバリア金属層１６３ｄと、第１フェンス層１６３ａ－１及び第３サブ背面反射防止層１６２ｃとのエッチング速度差によって、第１フェンス層１６３ａ－１及び第３サブ背面反射防止層１６２ｃがさらにエッチングされることによって作られる。すなわち、キャンドル状の埋込型エアギャップＡＧ－１は、傾斜面ＳＬのプロファイルの形態によって作られる。
図２０Ａないし図２０Ｄは、図１７ないし図１９のイメージセンサを構成するフェンスの製造方法を示す断面図である。
具体的に、図２０Ａないし図２０Ｄにおいて、図１４Ａないし図１４Ｄと同一ないしは類似した参照番号は、同一ないしは類似した部材を示す。図２０Ａないし図２０Ｄにおいて、図１４Ａないし図１４Ｄと同一ないしは類似した内容は簡単に説明するか、省略する。
図１４Ａを参照すれば、ピクセル分離構造体１５０を含む基板１１０の第２面１１０Ｆ２上に背面反射防止物質層１６２’を形成する。背面反射防止物質層１６２’は、複数のサブ背面反射防止物質層１６２ａ’、１６２ｂ’、１６２ｃ’、１６２ｄ’を含んでもよい。サブ背面反射防止物質層１６２ａ’、１６２ｂ’、１６２ｃ’、１６２ｄ’は、第１ないし第４サブ背面反射防止物質層１６２ａ’、１６２ｂ’、１６２ｃ’、１６２ｄ’を含んでもよい。
背面反射防止物質層１６２’上にバリア金属物質層１６３ｄ’及び第１フェンス物質層１６３ａ’を形成する。バリア金属物質層１６３ｄ’は、金属物質層、例えば、ＴｉＮ層で形成することができる。バリア金属物質層１６３ｄ’は、第１フェンス物質層６３ａ’よりも薄く形成することができる。第１フェンス物質層１６３ａ’は、バリア金属物質層１６３ｄ’と異なる物質層でもある。第１フェンス物質層６３ａ’は、低屈折率物質で形成することができる。
図２０Ｂを参照すれば、フォトエッチング工程を用いて第１フェンス物質層１６３ａ’、バリア金属物質層１６３ｄ’及び背面反射防止物質層１６２’のうち、一部である第３及び第４サブ背面反射防止物質層１６２ｃ’、１６２ｄ’をパターニングする。
これにより、第２サブ背面反射防止物質層１６２ｂ’上に第３及び第４サブ背面反射防止パターン１６２ｃｐ、１６２ｄｐ、バリア金属物質パターン１６３ｄｐ、及び第１フェンス物質パターン１６３ａｐを形成する。また、Ｘ方向に第３及び第４サブ背面反射防止パターン１６２ｃｐ、１６２ｄｐの間に第１貫通ホールＯＰ１が形成され、Ｘ方向にバリア金属物質パターン１６３ｄｐ及び第１フェンス物質パターン１６３ａｐの間に第２貫通ホールＯＰ２が形成されうる。第１貫通ホールＯＰ１及び第２貫通ホールＯＰ２は連通されうる。
第２貫通ホールＯＰ２の上部は、背面反射防止物質層１６２’上で幅Ｘ１１を有することができる。第２貫通ホールＯＰ２の下部は、背面反射防止物質層１６２’上で幅１２を有することができる。第２貫通ホールＯＰ２の下部の幅１２は、第２貫通ホールＯＰ２の上部の幅Ｘ１１より小さい。
第１貫通ホールＯＰ１は、背面反射防止物質層１６２’上で幅Ｘ１３を有することができる。第１貫通ホールＯＰ１の幅Ｘ１３は、第２貫通ホールＯＰ２の下部の幅Ｘ１２より狭い。
これにより、第２貫通ホールＯＰ２及び第１貫通ホールＯＰ１は、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（Ｚ方向）に幅が広くなる形態でもある。すなわち、第２貫通ホールＯＰ２及び第１貫通ホールＯＰ１は、背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（－Ｚ方向）に負(negative)形態の傾斜面ＳＬを有することができる。
また、第２貫通ホールＯＰ２及び第１貫通ホールＯＰ１の形成時に第４サブ背面反射防止物質層（図２０Ａの１６２ｄ’）及びバリア金属物質層（図２０Ａの１６３ｄ’）と、第１フェンス物質層（図２０Ａの１６３ａ’）及び第３サブ背面反射防止物質層（図２０Ａの１６２ｃ’）とのエッチング速度差によって、第１フェンス物質層（図２０Ａの１６３ａ’）及び第３サブ背面反射防止物質層（図２０Ａの１６２ｃ’）がさらにエッチングされうる。
これにより、第４サブ背面反射防止パターン１６２ｄｐ及びバリア金属物質パターン１６３ｄｐの一側面が第１フェンス物質パターン１６３ａｐ及び第３サブ背面反射防止パターン１６２ｃｐの一側面よりＸ方向及び－Ｘ方向に突出している。
図２０Ｃを参照すれば、第１フェンス物質パターン１６３ｂｐ上で第２貫通ホールＯＰ２及び第１貫通ホールＯＰ１を埋め込む第２フェンス物質層１６３ｃ’を形成する。第２フェンス物質層１６３’は、ステップカバレージに劣る物質で形成することができる。第２フェンス物質層１６３ｃ’は、低屈折率物質で形成することができる。
第２フェンス物質層１６３ｃ’がステップカバレージに劣る場合、第１フェンス物質パターン１６３ａｐ内に埋込型エアギャップＡＧ－１が形成されうる。埋込型エアギャップＡＧ－１は、第２貫通ホールＯＰ２及び第１貫通ホールＯＰ１の形態によって背面反射防止層１６２の表面と垂直な縦方向（Ｚ方向）にキャンドル状のプロファイルＰＲＦ２を有することができる。
キャンドル状のプロファイルＰＲＦ２を有する埋込型エアギャップＡＧ－１は、貫通ホールＯＰ１近傍で内側方向、すなわち、Ｘ方向及びＸ方向にリセスされたリセス部分ＲＥＣを含んでもよい。第４サブ背面反射防止パターン１６２ｄｐ及びバリア金属物質パターン１６３ｄｐの一側面が第１フェンス物質パターン１６３ａｐ及び第３サブ背面反射防止パターン１６２ｃｐの一側面よりＸ方向及び－Ｘ方向に突出した状態で第２フェンス物質層１６３ｃ’を形成するために、キャンドル状のプロファイルＰＲＦ２を有する埋込型エアギャップＡＧ－１が作られる。
図２０Ｄを参照すれば、フォトエッチング工程を用いて第２フェンス物質層１６３ｃ’、第１フェンス物質パターン１６３ａｐ及びバリア金属物質パターン１６３ｄｐをパターニングする。これにより、第２フェンス層１６３ｃ－１、第１フェンス層１６３ａ－１、埋込型エアギャップＡＧ－１及びバリア金属層１６３ｄを含むフェンス１６３－７を形成する。
図２１Ａないし図２１Ｄは、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
具体的に、図２１Ａないし図２１Ｄは、図３ないし図６のイメージセンサ１００の製造方法を説明するための図面である。図２１Ａないし図２１Ｄにおいて、図３ないし図６と同じ内容は、簡単に説明するか、省略する。
図２１Ａを参照すれば、互いに対向する第１面１１０Ｆ１と第２面１１０Ｆ２とを有する基板１１０を準備する。基板１１０の第１面１１０Ｆ１上にマスクパターン（図示せず）を形成し、前記マスクパターンを使用して基板１１０の第１面１１０Ｆ１から基板１１０の一部を除去してトレンチ１５０Ｔを形成することができる。
以後、トレンチ１５０Ｔ内に絶縁ライナー１５４と導電層１５２とを順次に形成し、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に配置される絶縁ライナー１５４と導電層１５２部分を平坦化工程などによって除去することで、トレンチ１５０Ｔ内にピクセル分離構造体１５０を形成することができる。
以後、基板１１０の第１面１１０Ｆ１からイオン注入工程によってフォトダイオード領域（図示せず）とウェル領域（図示せず）を含む光電変換領域１２０が形成されうる。例えば、前記フォトダイオード領域は、Ｎ型不純物をドーピングして形成され、前記ウェル領域は、Ｐ型不純物をドーピングして形成されうる。
図２１Ｂを参照すれば、基板１１０の第１面１１０Ｆ１から基板１１０の内部に延びる伝送ゲートＴＧを形成し、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上の一部領域にイオン注入工程を遂行してフローティング拡散領域（図示せず）及び活性領域（図示せず）を形成することができる。これにより、ピクセルＰＸ１、ＰＸ２が形成されうる。
次いで、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に前面構造物１３０が形成されうる。基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に導電層（図示せず）を形成し、前記導電層をパターニングし、前記パターニングされた導電層を覆うように、絶縁層（図示せず）を形成する段層を繰り返して遂行することにより、基板１１０上に配線層１３４と絶縁層１３６とを形成することができる。以後、絶縁層１３６上に支持基板１４０を接着させうる。
図２１Ｃを参照すれば、基板１１０の第２面１１０Ｆ２が上方に向かうように基板１１０を逆さにすることができる。次いで、導電層１５２が露出されるまでＣＭＰ工程またはエッチバック工程などの平坦化工程によって基板１１０の第２面１１０Ｆ２から基板１１０の一部を除去することができる。前記除去工程が遂行されることにより、基板１１０の第２面１１０Ｆ２のレベルは、低くなる。この際、ピクセル分離構造体１５０によって取り囲まれる１つのピクセルＰＸは、それに隣接したピクセルＰＸと物理的かつ電気的に分離されうる。
図２１Ｄを参照すれば、基板１１０の第２面１１０Ｆ２上に背面反射防止層１６２を形成する。背面反射防止層１６２上にフェンス１６３が形成されうる。フェンス１６３は、前述したように埋込型エアギャップＡＧ、第１フェンス層１６３ａ、フェンスキャッピング層１６３ｂ、第２フェンス層１６３ｃを含んでもよい。
引き続き、フェンス１６３及び背面反射防止層１６２上に追加背面反射防止層１６４及びパッシベーション層１６５を形成する。次いで、パッシベーション層１６５上にフェンス１６３－６によって互いに分離されるカラーフィルタ１７０を形成する。次いで、図４に図示したように、カラーフィルタ１７０及びパッシベーション層１６５上にマイクロレンズ１８０及びキャッピング層１９０を形成することで、イメージセンサ１００を製造する。
図２２Ａないし図２２Ｃは、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサの製造方法を説明するための断面図である。
具体的に、図２２Ａないし図２２Ｃは、図１６のイメージセンサ１００ｂの製造方法を説明するための図面である。図２２Ａないし図２２Ｃにおいて、図３ないし図６、及び図１６と同じ内容は、簡単に説明するか、省略する。
図２２Ａを参照すれば、基板１１０の第１面１１０Ｆ１からイオン注入工程によってフォトダイオード領域（図示せず）とウェル領域（図示せず）とを含む光電変換領域１２０が形成されうる。例えば、前記フォトダイオード領域は、Ｎ型不純物をドーピングして形成され、前記ウェル領域は、Ｐ型不純物をドーピングして形成されうる。
基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に伝送ゲートＴＧａを形成し、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上の一部領域にイオン注入工程を遂行してフローティング拡散領域（図示せず）及び活性領域（図示せず）を形成することができる。これにより、ピクセルＰＸ１、ＰＸ２が形成されうる。
次いで、基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に前面構造物１３０が形成されうる。基板１１０の第１面１１０Ｆ１上に導電層（図示せず）を形成して前記導電層をパターニングし、前記パターニングされた導電層を覆うように絶縁層（図示せず）を形成する段層を繰り返して遂行することにより、基板１１０上に配線層１３４と絶縁層１３６を形成することができる。以後、絶縁層１３６上に支持基板１４０を接着させうる。
図２２Ｂを参照すれば、基板１１０の第２面１１０Ｆ２が上方に向かうように基板１１０を逆さにすることができる。基板１１０の第２面１１０Ｆ２上にマスクパターン（図示せず）を形成し、前記マスクパターンを使用して基板１１０の第２面１１０Ｆ２から基板１１０の一部を除去してトレンチ１５０Ｔａを形成することができる。
以後、トレンチ１５０Ｔａ内に絶縁ライナー１５４と導電層１５２とを順次に形成し、基板１１０の第２面１１０Ｆ２上に配置される絶縁ライナー１５４と導電層１５２部分を平坦化工程などによって除去し、トレンチ１５０Ｔａ内にピクセル分離構造体１５０ａを形成することができる。
図２２Ｃを参照すれば、基板１１０の第２面１１０Ｆ２上に背面反射防止層１６２を形成する。背面反射防止層１６２上にフェンス１６３が形成されうる。フェンス１６３は、前述したように埋込型エアギャップＡＧ、第１フェンス層１６３ａ、フェンスキャッピング層１６３ｂ、第２フェンス層１６３ｃを含んでもよい。
引き続き、フェンス１６３及び背面反射防止層１６２上に追加背面反射防止層１６４及びパッシベーション層１６５を形成する。次いで、パッシベーション層１６５上にフェンス１６３－６によって互いに分離されるカラーフィルタ１７０を形成する。次いで、図６に図示したように、カラーフィルタ１７０及びパッシベーション層１６５上にマイクロレンズ１８０及びキャッピング層１９０を形成することで、イメージセンサ１００ｂを製造する。
図２３は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサの構成を示すブロック図である。
具体的に、イメージセンサ２１０は、ピクセルアレイ２１１、コントローラ２１３、ロウ（row：行）ドライバ２１２及びピクセル信号処理部２１４を含んでもよい。イメージセンサ２１０は、前述したイメージセンサ１００、１００－１～１００－５、１００ａ、１００ｂのうち、少なくとも１つを含んでもよい。
ピクセルアレイ２１１は、２次元的に配列された複数の単位ピクセルを含み、各単位ピクセルは、光電変換素子を含んでもよい。光電変換素子は、光を吸収して電荷を生成し、生成された電荷による電気的信号（出力電圧）は、垂直信号ラインを通じてピクセル信号処理部２１４に提供されうる。ピクセルアレイ２１１が含む単位ピクセルは、ロウ(row)単位で一回に１つずつ出力電圧を提供することができる。
これにより、ピクセルアレイ２１１の１つのロウに属する単位ピクセルは、ロウドライバ２１２が出力する選択信号によって同時に活性化されうる。選択されたロウに属する単位ピクセルは、吸収した光による出力電圧を対応するカラムの出力ラインに提供することができる。
コントローラ２１３は、ピクセルアレイ２１１に光を吸収して電荷を蓄積させるか、蓄積された電荷を臨時に保存させ、保存された電荷による電気的信号をピクセルアレイ２１１の外部に出力させるように、ロウドライバ２１２を制御することができる。また、コントローラ２１３は、ピクセルアレイ２１１が提供する出力電圧を測定するように、ピクセル信号処理部２１４を制御することができる。
ピクセル信号処理部２１４は、相関二重サンプラ（ＣＤＳ）２１６、アナログ－デジタルコンバータ（ＡＤＣ）２１８及びバッファ２２０を含んでもよい。相関二重サンプラ２１６は、ピクセルアレイ２１１から提供した出力電圧をサンプリング及びホールドすることができる。相関二重サンプラ２１６は、特定のノイズレベルと生成された出力電圧によるレベルを二重サンプリングし、その差に該当するレベルを出力することができる。また、相関二重サンプラ２１６は、ランプ信号生成器２２２が生成したランプ信号を入力されて互いに比較し、比較結果を出力する。アナログ－デジタルコンバータ２１８は、相関二重サンプラ２１６から受信するレベルに対応するアナログ信号をデジタル信号に変換する。バッファ２２０は、デジタル信号をラッチ(latch)し、ラッチされた信号は、順次にイメージセンサ２１０の外部に出力されてイメージプロセッサ（図示せず）に伝達されうる。
図２４は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサを用いたカメラの構成図である。
具体的に、カメラ２３０は、イメージセンサ２１０と、イメージセンサ２１０の受光センサ部に入射光を誘導する光学系２３１と、シャッタ装置２３２とイメージセンサ２１０とを駆動する駆動回路２３４と、イメージセンサ２１０の出力信号を処理する信号処理回路２３６と、を有する。
イメージセンサ２１０は、前述したイメージセンサ１００、１００－１～１００－５、１００ａ、１００ｂのうち、少なくとも１つを含んでもよい。光学レンズを含む光学系２３１は、被写体からのイメージ光(image light)、すなわち、入射光をイメージセンサ２１０の撮像面上に結像させる。これにより、イメージセンサ２１０内に一定期間信号電荷が蓄積される。
このような光学系２３１は、複数の光学レンズで構成された光学レンズ系としても良い。シャッタ装置２３２は、イメージセンサ２１０への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路２３４は、イメージセンサ２１０及びシャッタ装置２３２に駆動信号を供給し、供給した駆動信号またはタイミング信号によって、イメージセンサ２１０の信号処理回路２３６への信号出力動作の制御、及びシャッタ装置２３２のシャッタ動作を制御する。
駆動回路２３４は、駆動信号またはタイミング信号の供給によって、イメージセンサ２１０から信号処理回路２３６への信号送信動作を行う。信号処理回路２３６は、イメージセンサ２１０から送信された信号に対して、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像（ビデオ）信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶されるか、またはモニタに出力される。
図２５は、本発明の技術的思想の一実施例によるイメージセンサを含むイメージングシステムに係わるブロック構造図である。
具体的に、イメージングシステム３１０は、イメージセンサ２１０の出力イメージを処理するシステムである。イメージセンサ２１０は、前述したイメージセンサ１００、１００－１～１００－５、１００ａ、１００ｂのうち、少なくとも１つを含んでもよい。イメージングシステム３００は、コンピュータシステム、カメラシステム、スキャナ、イメージ安全化システムなどイメージセンサ２１０を取り付けた全種類の電機電子システムでもある。
コンピュータシステムのようなプロセッサ基盤イメージングシステム３１０は、バス３０５を介した入出力Ｉ／Ｏ素子３３０とのコミュニケーションが可能なマイクロプロセッサまたは中央処理装置（ＣＰＵ）のようなプロセッサ３２０を含んでもよい。バス３０５を介してＣＤＲＯＭドライブ３５０、ポート３６０、及びＲＡＭ ３４０は、プロセッサ３２０と互いに連結されてデータを送受信し、イメージセンサ２１０のデータに対する出力イメージを再生することができる。
ポート３６０は、ビデオカード、サウンドカード、メモリカード、ＵＳＢ素子などをカップリングするか、さらに他のシステムとのデータ通信が可能なポートでもある。イメージセンサ２１０は、ＣＰＵ、デジタル信号処理装置（ＤＳＰ）またはマイクロプロセッサなどのプロセッサと共に、集積され、かつメモリと共に集積されてもよい。もちろん、場合によっては、プロセッサと別個のチップに集積されうる。イメージングシステム３１０は、デジタル機器のうち、カメラホン、デジタルカメラなどのシステムブロックダイアグラムでもある。
以上、本発明を図面に図示された実施例に基づいて説明したが、これは、例示的なものに過ぎず、当該技術分野の通常の知識を有する者であれば、それより、多様な変形、置換及び均等な他の実施例が可能であるという点を理解できるであろう。前述した実施例は、全ての面において例示的なものであり、限定的ではないと理解せねばならない。本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されねばならない。
１００ イメージセンサ
１６２ 背面反射防止層
１６３ フェンス
１６４ 追加背面反射防止層
１６５ パッシベーション層
１７０ カラーフィルタ
１８０ マイクロレンズ
１９０ キャッピング層
ＡＧ エアギャップ
１６２ 背面反射防止層
１６３ フェンス
１６４ 追加背面反射防止層
１６５ パッシベーション層
１７０ カラーフィルタ
１８０ マイクロレンズ
１９０ キャッピング層
ＡＧ エアギャップ
Claims (10)
- 第１ピクセルと、
前記第１ピクセルと隣接して配置された第２ピクセルと、
前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとを分離するピクセル分離構造体と、
前記第１ピクセル、前記第２ピクセル、及び前記ピクセル分離構造体上に配置された背面反射防止層と、
前記背面反射防止層上に前記ピクセル分離構造体と対応するように配置され、内部に埋込型エアギャップを有するフェンス(fence)と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。 - 前記フェンスは、前記背面反射防止層上の前記埋込型エアギャップの両側部分に配置されたバリア金属層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
- 前記埋込型エアギャップは、
前記フェンス内で平面的に前記第１ピクセル及び前記第２ピクセルの周囲を全体として取り囲むように配置された連結型パターン、
前記フェンス内で平面的に前記第１ピクセル及び前記第２ピクセルの周囲を部分的に取り囲む分離型パターン、及び
前記フェンス内で平面的に前記第１ピクセル及び前記第２ピクセルの周囲を全体かつ部分的に取り囲む混合型パターンのうち、いずれか１つであることを特徴とする請求項１又は２に記載のイメージセンサ。 - 前記埋込型エアギャップは、前記フェンス内で平面的に前記第１ピクセル及び前記第２ピクセルの周囲をドット状に取り囲むドット型パターンであることを特徴とする請求項１に記載のイメージセンサ。
- 前記埋込型エアギャップは、前記背面反射防止層の表面と垂直な縦方向の幅が前記背面反射防止層の表面と水平な横方向の幅よりも広く、
前記埋込型エアギャップは、前記背面反射防止層の表面と垂直な縦方向に弓状またはキャンドル状のプロファイルを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のイメージセンサ。 - 第１ピクセルと、
前記第１ピクセルと隣接して配置された第２ピクセルと、
前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとを分離するピクセル分離構造体と、
前記第１ピクセル、前記第２ピクセル、及び前記ピクセル分離構造体上に配置され、複数個のサブ背面反射防止層を含む背面反射防止層と、
前記背面反射防止層上に前記ピクセル分離構造体と対応するように配置され、内部に埋込型エアギャップを有し、前記サブ背面反射防止層のうち、少なくとも１つを貫通する貫通部を有するフェンス(fence)と、を含むことを特徴とするイメージセンサ。 - 前記埋込型エアギャップは、前記背面反射防止層上に位置する前記フェンスの内部に配置されるか、または前記埋込型エアギャップは、前記背面反射防止層上に位置する前記フェンスの内部、及び前記貫通部の内部にいずれも配置されていることを特徴とする請求項６に記載のイメージセンサ。
- 前記フェンスは、前記背面反射防止層上の前記貫通部の両側部分に配置されたバリア金属層をさらに含むことを特徴とする請求項６又は７に記載のイメージセンサ。
- 第１面と、前記第１面と対向する第２面を有する基板を含むが、前記第１面は、前記基板の前面であり、前記第２面は、前記基板の後面であり、
前記基板内に位置する第１ピクセルと、
前記基板内に前記第１ピクセルと隣接して配置された第２ピクセルと、
前記第２面と前記第１面との間に位置して前記第１ピクセルと前記第２ピクセルとを互いに分離するピクセル分離構造体と、
前記第２面上の前記第１ピクセル、前記第２ピクセル、及び前記ピクセル分離構造体上に配置され、複数個のサブ背面反射防止層を含む背面反射防止層と、
前記背面反射防止層上に前記ピクセル分離構造体と対応するように配置され、内部に埋込型エアギャップを有し、前記サブ背面反射防止層のうち、少なくとも１つを貫通する貫通部を有するフェンス(fence)と、
前記第１ピクセル及び第２ピクセル上の前記背面反射防止層上に配置され、前記フェンスによって分離されるカラーフィルタと、を含むことを特徴とするイメージセンサ。 - 前記ピクセル分離構造体は、前記基板の第２面と前記第１面との間を全体的または部分的に形成されたトレンチ内に埋め込まれていることを特徴とする請求項９に記載のイメージセンサ。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2020-0159220 | 2020-11-24 | ||
| KR20200159220 | 2020-11-24 | ||
| KR10-2021-0098110 | 2021-07-26 | ||
| KR1020210098110A KR20220071876A (ko) | 2020-11-24 | 2021-07-26 | 이미지 센서 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022083419A true JP2022083419A (ja) | 2022-06-03 |
Family
ID=81657269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021188471A Pending JP2022083419A (ja) | 2020-11-24 | 2021-11-19 | イメージセンサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20220165763A1 (ja) |
| JP (1) | JP2022083419A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024029408A1 (ja) * | 2022-08-03 | 2024-02-08 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
-
2021
- 2021-11-19 JP JP2021188471A patent/JP2022083419A/ja active Pending
- 2021-11-24 US US17/534,706 patent/US20220165763A1/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024029408A1 (ja) * | 2022-08-03 | 2024-02-08 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 撮像装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20220165763A1 (en) | 2022-05-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101899595B1 (ko) | 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법, 및 전자 기기 | |
| US9105546B2 (en) | Imaging systems with backside illuminated near infrared imaging pixels | |
| KR101688084B1 (ko) | 이미지 센서 및 이를 포함하는 패키지 | |
| US20110156186A1 (en) | Solid-state imaging device | |
| US10868071B2 (en) | Method for forming semiconductor image sensor | |
| US10983339B2 (en) | Solid-state imaging element, pupil correction method for solid-state imaging element, imaging device, and information processing device | |
| JP2009252949A (ja) | 固体撮像装置及びその製造方法 | |
| WO2008130846A2 (en) | Methods to make sidewall light shields for color filter array | |
| EP1705706A2 (en) | Solid-state imaging device | |
| US9247116B2 (en) | Image sensor device with light guiding structure | |
| US10009552B2 (en) | Imaging systems with front side illuminated near infrared imaging pixels | |
| TWI389330B (zh) | 背側照明成像器以及製造其之方法 | |
| US20180167572A1 (en) | Solid-state imaging device and method for producing the same, and electronic apparatus | |
| US20090090850A1 (en) | Deep Recess Color Filter Array and Process of Forming the Same | |
| US8576318B2 (en) | Image sensors and methods of fabricating the same | |
| JP2022083419A (ja) | イメージセンサ | |
| KR20220071876A (ko) | 이미지 센서 | |
| US20230282663A1 (en) | Image sensor | |
| KR20220040848A (ko) | 이미지 센서 | |
| US20240072081A1 (en) | Image sensor | |
| JP2005020024A (ja) | Ｘ−ｙアドレス型固体撮像素子およびその製造方法 | |
| US20230030489A1 (en) | Image sensor | |
| US20220013562A1 (en) | Image sensing device | |
| KR20120002701A (ko) | 씨모스 이미지 센서의 단위 화소 어레이 | |
| US20220392930A1 (en) | Image sensor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20240905 |