KR101464047B1 - 후면 조명 이미지 센서 칩들에서의 금속 그리드 및 이를 형성하는 방법 - Google Patents
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Abstract
방법은 반도체 기판의 전면상에 복수의 이미지 센서들을 형성하는 단계, 및 반도체 기판의 후면상에 유전체층을 형성하는 단계를 포함한다. 유전체층은 반도체 기판 위에 있다. 유전체층은 복수의 그리드 충전(grid-filling) 영역들로 패턴화되며, 복수의 그리드 충전 영역들 각각은 복수의 이미지 센서들 중 하나의 이미지 센서와 오버랩한다. 금속층은 복수의 그리드 충전 영역들의 윗면들과 측벽들상에서 형성된다. 금속층은 에칭되어 금속층의 수평 부분들이 제거되고, 상기 에칭 단계 이후에 상기 금속층의 수직 부분들은 남아서 금속 그리드를 형성하는 것인, 방법. 금속 그리드의 그리드 개구들 내에 투명한 물질이 채워진다.
Description
본 발명은 후면 조명 이미지 센서 칩에서의 금속 그리드 및 그 형성 방법에 관한 것이다.
후면 조명(Backside Illumination; BSI) 이미지 센서 칩은 광자를 캡쳐하는데 있어서 보다 높은 효율성을 위해 전면 조명 센서 칩을 대체하고 있다. BSI 이미지 센서 칩의 형성에서, 광다이오드와 같은, 이미지 센서와 논리 회로가 웨이퍼의 실리콘 기판상에 형성되고, 이어서 실리콘 칩의 전면상에서 상호연결 구조물의 형성이 뒤따른다.
BSI 이미지 센서 칩에서의 이미지 센서는 광자의 여기에 응답하여 전기적 신호를 생성한다. (전류와 같은) 전기적 신호의 크기는 각각의 이미지 센서들에 의해 수신된 입사광의 세기에 좌우된다. 상이한 이미지 센서들에 의해 수신된 광의 광학적 크로스토크(cross-talk)를 감소시키기 위해, 광을 격리시키기 위한 금속 그리드들이 형성된다.
실시예들에 따르면, 방법은 반도체 기판의 전면(front side)상에 복수의 이미지 센서들을 형성하는 단계, 및 반도체 기판의 후면(back side)상에 유전체층을 형성하는 단계를 포함한다. 유전체층은 반도체 기판 위에 있다. 유전체층은 복수의 그리드 충전(grid-filling) 영역들로 패턴화되며, 복수의 그리드 충전 영역들 각각은 복수의 이미지 센서들 중 하나의 이미지 센서와 오버랩한다. 금속층은 복수의 그리드 충전 영역들의 윗면들과 측벽들상에서 형성된다. 금속층은 에칭되어 금속층의 수평 부분들이 제거되고, 에칭 단계 이후에 금속층의 수직 부분들은 남아서 금속 그리드를 형성한다. 금속 그리드의 그리드 개구들 내에 투명한 물질이 채워진다.
다른 실시예들에 따르면, 방법은 반도체 기판의 전면상에 복수의 이미지 센서들을 형성하는 단계를 포함하며, 복수의 이미지 센서들은 어레이를 형성한다. 유전체층은 반도체 기판의 후면상에서 형성되며, 유전체층은 반도체 기판 위에 있다. 유전체층은 복수의 제1 그리드 충전 영역들을 형성하도록 패턴화된다. 복수의 제1 그리드 충전 영역들은 어레이에서 복수의 제1 이미지 센서들과 오버랩한다. 복수의 제1 이미지 센서들은 어레이의 각각의 행과 각각의 열에서 두 개 당 하나씩 걸러서 이미지 센서들을 포함한다. 금속층은 복수의 제1 그리드 충전 영역들의 윗면들과 측벽들상에서 형성된다. 금속층의 수평 부분들이 제거되도록 금속층은 에칭되고, 에칭 단계 이후에 금속층의 수직 부분들은 남아서 금속 그리드를 형성한다.
또다른 실시예들에 따르면, 디바이스는 전면과 후면을 갖는 반도체 기판과, 반도체 기판의 전면상에 배치된 복수의 이미지 센서들을 포함한다. 복수의 이미지 센서들은 어레이를 형성한다. 금속 그리드는 반도체 기판 위와 후면상에 배치된다. 복수의 제1 그리드 충전 영역들과 복수의 제2 그리드 충전 영역들은 금속 그리드의 그리드 개구들에 배치되며, 복수의 제1 및 제2 그리드 충전 영역들은 그리드 개구들의 각각의 행과 각각의 열에서 교호적인 패턴으로 배열된다. 유전체층은 복수의 제1 및 제2 그리드 충전 영역들 위에서 배치된다. 유전체층과 복수의 제1 그리드 충전 영역들 사이에는 어떠한 구별가능한 계면들도 형성되지 않는다. 유전체층과 복수의 제2 그리드 충전 영역들 사이에는 구별가능한 계면들이 형성된다.
BSI 칩들의 금속 그리드들을 형성하기 위한 종래의 공정들에서 존재하는 리소그래피 한계성들에 의해 더이상 제한받지 않는다.
실시예들과, 이 실시예들의 장점들의 보다 완벽한 이해를 위해, 이제부터 첨부 도면들을 참조하면서 이하의 상세한 설명에 대해 설명을 한다.
도 1 내지 도 7은 몇몇의 예시적인 실시예들에 따른 후면 조명(BSI) 이미지 센서 칩의 제조에서의 중간 단계들의 단면도들 및 평면도들이다.
도 1 내지 도 7은 몇몇의 예시적인 실시예들에 따른 후면 조명(BSI) 이미지 센서 칩의 제조에서의 중간 단계들의 단면도들 및 평면도들이다.
이하에서는 본 발명개시의 실시예들의 실시 및 이용을 자세하게 설명한다. 그러나, 본 실시예들은 폭넓게 다양한 특정 환경들에서 구체화될 수 있는 많은 적용가능한 발명적 개념들을 제공한다는 것을 알아야 한다. 설명하는 특정한 실시예들은 본 발명개시의 예시에 불과하며, 본 발명개시의 범위를 한정시키려는 것은 아니다.
다양한 예시적인 실시예들에 따른 후면 조명(BSI) 이미지 센서 칩에서의 금속 그리드 및 그 형성 방법이 제공된다. 금속 그리드를 형성하는 중간 단계들이 설명된다. 본 실시예들의 변형들을 논의한다. 다양한 도면들과 예시적인 실시예들 전반에 걸쳐, 동일한 참조 번호들은 동일한 엘리먼트들을 지정하는데 이용된다.
도 1 내지 도 6은 몇몇의 예시적인 실시예들에 따른 금속 그리드의 제조에서의 중간 단계들의 단면도들 및 평면도를 도시한다. 도 1은 언서드(un-sawed) 웨이퍼(22)의 일부일 수 있는 이미지 센서 칩(20)을 도시한다. 이미지 센서 칩(20)은 반도체 기판(26)을 포함한다. 반도체 기판(26)은 결정질 실리콘 기판 또는 다른 반도체 물질들로 형성된 반도체 기판일 수 있다. 설명에 걸쳐서, 표면(26A)을 반도체 기판(26)의 전면이라 칭하고, 표면(26B)을 반도체 기판(26)의 후면이라고 칭한다. 이미지 센서들(24)은 반도체 기판(26)의 표면(26A)에서 형성된다. 이미지 센서들(24)은 광 신호(광자)를 전기적 신호로 변환시키도록 구성되며, 이것은 감광성 금속 산화물 반도체(Metal-Oxide-Semiconductor; MOS) 트랜지스터 또는 감광성 다이오드일 수 있다. 이에 따라, 각각의 웨이퍼(22)는 이미지 센서 웨이퍼일 수 있다. 몇몇의 예시적인 실시예들에서, 이미지 센서들(24)은 전면(26A)으로부터 반도체 기판(26)내로 연장된다. 이미지 센서들(24)은 이미지 센서들(24)로 형성된 이미지 센서 어레이(도 3b도 참조하라)의 각각의 행과 각각의 열에서 교호적인 패턴으로 배치된 이미지 센서들(24A, 24B)을 포함한다. 이미지 센서들(24A, 24B)은 서로 동일하지만, 이들은 상이한 표시들을 이용하여 식별된다. 이미지 센서들(24)은 기판(26)의 주입 부분들인, 필드 주입 영역들(25)에 의해 서로 분리될 수 있다.
전면 상호연결 구조물(28)은 반도체 기판(26) 위에 형성되며, 이것은 이미지 센서 칩(20)에서의 디바이스들을 전기적으로 상호연결시키는데 이용된다. 전면 상호연결 구조물(28)은 유전체층(30)과, 유전체층(30) 내의 금속선들(32) 및 비아들(34)을 포함한다. 설명에 걸쳐서, 동일한 유전체층(30) 내의 금속선들(32)을 금속층이라고 총칭한다. 전면 상호연결 구조물(28)은 복수의 금속층들을 포함할 수 있다. 몇몇의 예시적인 실시예들에서, 유전체층(30)은 로우k 유전체층들 및 패시베이션층들을 포함한다. 로우k 유전체층들은 예컨대 약 3.0 보다 낮은, 낮은 k 값들을 갖는다. 패시베이션층들은 3.9보다 큰 k 값들을 갖는 비 로우 k(non-low-k) 유전체 물질들로 형성될 수 있다. 몇몇의 실시예들에서, 패시베이션층들은 실리콘 산화물층 및 실리콘 산화물층 상의 실리콘 질화물층을 포함한다.
도 2를 참조하면, 캐리어(37)가, 예컨대 산화물 대 산화물 접합을 통해, 웨이퍼(22)의 전면에 접합된다. 후면 그라인딩이 수행되어 반도체 기판(26)을 시닝(thin)하고, 웨이퍼(22)의 두께는 예컨대 약 30㎛보다 작거나 또는 약 5㎛보다 작도록 감소된다. 작은 두께를 갖는 반도체 기판(26)으로 인해, 광은 후면(26B)으로부터 반도체 기판(26)을 통과하여 이미지 센서들(24A)에 도달할 수 있다.
시닝 단계 이후, 버퍼층들(40)(이것을 때때로 상위층들이라고 칭한다)이 반도체 기판(26)의 표면 상에 형성된다. 몇몇의 예시적인 실시예들에서, 버퍼층들(40)은 BARC(Bottom Anti-Reflective Coating)(36), 실리콘 산화물층(38), 및 실리콘 질화물층(39) 중 하나 이상을 포함한다. 몇몇의 실시예들에서, 실리콘 산화물층(38)은 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition; PECVD)을 이용하여 형성되고, 이에 따라 실리콘 산화물층(38)을 플라즈마 강화(Plasma Enhanced; PE) 산화물층(38)이라고 부른다. 버퍼층들(40)은 도시된 것과는 상이한 구조들을 가질 수 있고, 상이한 물질들로 형성될 수 있으며, 및/또는 상이한 갯수의 층들을 가질 수 있다는 것을 이해할 것이다.
다음으로, 도 3a와 도 3b에서 도시된 바와 같이, 그리드 충전(grid-filling) 물질이 증착되고 그런 후 패턴화되어 그리드 충전 영역들(42)을 형성한다. 그리드 충전 영역들(42) 각각은 이미지 센서들(24A) 중 하나와 일대일 대응으로 오버랩하는데, 예컨대, 이미지 센서들(24A) 각각은 그리드 충전 영역들(42) 중의 하나의 영역 아래에 있고 이에 정렬되며, 각각의 그리드 충전 영역들(42)은 이미지 센서들(24A) 중의 하나와 오버랩한다. 도 3a는 단면도를 나타낸다. 도 3a에서 도시된 바와 같이, 그리드 충전 영역들(42)의 두께(T1)는 광이 그리드 충전 영역들(42)을 통과할 수 있도록 충분히 작다. 몇몇의 예시적인 실시예들에서, 그리드 충전 영역들(42)의 두께(T1)는 약 1,500Å와 약 3,000Å 사이이다. 그러나, 설명 전반에 걸쳐 언급된 값들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 이 값들은 다른 값들로 변경될 수 있다는 것을 알 것이다. 몇몇의 실시예들에서, 그리드 충전 영역들(42)은 투명한 유전체 물질을 포함하며, 이것은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등일 수 있다. 형성 방법은 예컨대 PECVD와 같은 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 방법을 포함할 수 있다.
도 3b는 도 3a에서 도시된 구조물의 평면도를 나타내며, 이 도 3a에서의 단면도는 도 3b에서의 3A-3A 라인을 따라 절단한 평면으로부터 얻어진 것이다. 몇몇의 실시예들에서, 그리드 충전 영역들(42)은 체커보드 패턴으로서 배열되며, 그리드 충전 영역들(42)은 체커보드의 흑색 또는 백색 중 어느 한쪽의 패턴을 갖는다. 그리드 충전 영역들(42)은 이미지 센서들(24A)과 오버랩하지만, 이미지 센서들(24B)과는 오버랩하지 않는다. 그리드 충전 영역들(42)은 정사각형 형상의 평면을 가질 수 있지만, (각각의 폭들과는 상이한 길이들을 갖는) 직사각형과 같은 다른 평면 형상들이 또한 채택될 수 있다. 이웃하는 그리드 충전 영역들(42) 간의 거리(D1)는 그리드 충전 영역들(42)의 길이/폭(W1)보다 클 수 있다. 이웃하는 그리드 충전 영역들(42)의 각각의 쌍들 사이에, 이미지 센서들(24B) 중 하나와 오버랩하는 공간이 존재한다.
도 4를 참조하면, 금속층(44)은 그리드 충전 영역들(42)의 윗면들과 측벽들상에 증착된다. 금속층(44)은 이웃하는 그리드 충전 영역들(42) 사이의 공간내로 증착된다. 몇몇의 실시예들에서, 금속층(44)은 금속(들) 또는 금속 합금을 포함하며, 금속층(44) 내 금속들은 텅스텐, 알루미늄, 구리 등을 포함할 수 있다. 금속층(44)의 두께(T2)는 그리드 충전 영역들(42)의 두께(T1)보다 작다. 몇몇의 실시예들에서, 두께(T2)는 예컨대 약 500Å 와 약 2,000Å 사이이다. 금속층(44)은 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD) 등과 같은 컨포멀 증착 방법을 이용하여 증착될 수 있다. 따라서, 그리드 충전 영역들(42)의 측벽들상에 있는 금속층(44)의 수직 부분들의 두께는 그리드 충전 영역들(42) 위의 수평 부분들의 두께와 비슷하다. 예를 들어, 수직 부분들의 두께는 수평 부분들의 두께의 약 70퍼센트보다 크거나, 80퍼센트보다 크거나, 또는 90퍼센트보다 클 수 있다.
도 5a와 도 5b에서, 금속층(44)은 건식 에칭과 같은 이방성 에칭 방법을 이용하여 에칭된다. 도 5a는 단면도를 나타낸다. 도 5a에서 도시된 바와 같이, 수평 부분들의 윗면상의 부분들과 버퍼층들(40)상의 부분들을 포함하는, 금속층(44)의 수평 부분들은 제거된다. 에칭 단계 이후 금속층(44)의 몇몇의 측벽 부분들은 에칭되지 않은 상태로 남는다. 에칭 단계 이후, 금속층(44)의 몇몇의 이웃하는 부분들은 빈 공간들(46)에 의해 서로 이격되며, 금속층(44)의 몇몇의 이웃하는 부분들은 그리드 충전 영역들(42)에 의해 서로 이격된다. 에칭 공정의 결과로, 금속층(44)의 남아있는 부분들은 그리드 충전 영역들(42)에 접해 있는 측벽들(44A)과, 각각의 측벽들(44A)의 반대편에 있는 측벽들(44B)을 가질 수 있다. 측벽들(44A)의 프로파일은 그리드 충전 영역들(42)의 측벽들의 프로파일에 의해 결정되며, 이것은 실질적으로 수직할 수 있다. 한편, 측벽들(44B)의 프로파일은 에칭 공정에 의해 영향을 받는다. 예를 들어, 측벽들(44B)은, 점선들에 의해 나타난 바와 같이, 그리드 충전 영역들(42)에 보다 가까운 측벽들(44B)의 부분들의 높이가 그리드 충전 영역들(42)로부터 좀 더 멀리 있는 측벽들(44B)의 부분들의 높이보다 높도록 경사질 수 있다. 뿐만 아니라, 점선에 의해 나타난 바와 같이, 측벽(44B)의 높이는 그리드 충전 영역들(42)에 가까운 영역들로부터 그리드 충전 영역들(42)로부터 멀리 있는 영역들쪽으로 점진적이고 연속적으로 감소될 수 있다.
도 5b는 도 5a에서 도시된 구조물의 평면도를 나타내며, 이 도 5a에서의 단면도는 도 5b에서의 5A-5A 라인을 따라 절단한 평면으로부터 얻어진 것이다. 금속층(44)의 남아 있는 부분들은 서로연결되어 금속 그리드를 형성하는 것이 도시된다. 이에 따라 금속층(44)의 남아 있는 부분들을 이후부터는 금속 그리드(44)라고 총칭한다. 금속 그리드(44)에서의 그리드 개구들의 각각의 행과 각각의 열에서, 그리드 충전 영역들(42)과 공간들(46)은 교호적인 패턴으로 배열된다. 그리드 충전 영역들(42)의 적절한 두께(T1)(도 4), 금속층(44)의 두께(T2), 및 그리드 충전 영역들(42)간의 거리(D1)(도 3b)를 선택함으로써, 도 5b에서의 공간들(46)과 그리드 충전 영역들(42)은 서로 유사한 평면 크기들을 가질 수 있다는 것을 알 것이다. 예를 들어, 거리(D1)는 (W1 + 2 × T2)와 실질적으로 동일하도록 선택될 수 있고, 두께(T2)는 두께(T1)보다 약 30퍼센트 작게 되도록 선택될 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 투명층(48)의 형성에서의 단면도와 평면도를 각각 도시하며, 이 투명층(48)은 작은 두께를 갖고 투명하다. 몇몇의 실시예들에서, 투명층(48)은 산화물층이다. 산화물층(48)의 물질은 그리드 충전 영역들(42)의 물질과 동일하거나 또는 상이할 수 있다. 산화물층(48)은 PECVD 또는 다른 증착 방법들을 이용하여 형성될 수 있다. 산화물층(48)의 증착 이후, 화학적 기계적 폴리싱(Chemical Mechanical Polish; CMP)과 같은 평탄화 단계가 수행되어 산화물층(48)의 윗면을 평평하게(level) 한다.
산화물층(48)은 공간들(46)(도 5a와 도 5b)을 채운다. 공간들(46)을 채우는 산화물층(48)의 부분들을 이하에서는 그리드 충전 영역들(50)이라고 부른다. 산화물층(48)은 그리드 충전 영역들(42)과 금속 그리드(44) 위의 부분을 더 포함한다. 산화물층(48)과 그리드 충전 영역들(42)은 상이한 공정 단계들로 형성되기 때문에, 산화물층(48)과 그리드 충전 영역들(42)이 동일한 물질로 형성되는지 아닌지 여부에 상관없이, 산화물층(48)과 그리드 충전 영역들(42) 사이에서 구별가능한 계면들(52)이 발생할 수 있다는 것을 알 것이다. 한편, 그리드 충전 영역들(50)과 그 위에 있는 부분인 산화물층(48)은 동일한 공정 단계로 형성되고, 동일한 물질로 형성되기 때문에, 이들 사이에는 계면이 발생하지 않는다. 몇몇의 실시예들에서, 계면들(52)은 금속 그리드(44)의 상단부와 실질적으로 높이가 같다. 대안적인 실시예들에서, 금속 그리드(44)(도 5a)를 형성하는 에칭 단계에서의 공정 조건들에 따라, 계면들(52)은 금속 그리드(44)의 상단부보다 약간 높을 수 있다.
도 6b는 도 6a에서 도시된 구조물의 평면도를 나타내며, 이 도 6a에서의 단면도는 도 6b에서의 6A-6A 라인을 따라 절단한 평면으로부터 얻어진 것이다. 금속 그리드(44)에 의해 정의된 그리드들의 각각의 행과 각각의 열에서, 그리드 충전 영역들(42, 50)은 교호적인 패턴으로 배열된다는 것이 관찰된다. 뿐만 아니라, 계면들(52)은 두 개 블록 당 하나가 걸러진 체커보드 패턴으로 나타난다.
도 7에서 도시된 바와 같이, 후속 공정 단계들에서, 칼라 필터들(54)과 마이크로렌즈들(56)과 같은 추가적인 컴포넌트들이 형성되며, 칼라 필터들(54)과 마이크로렌즈들(56) 각각은 그리드 충전 영역들(42, 50) 중 하나와 오버랩한다. 뿐만 아니라, 칼라 필터들(54)과 마이크로렌즈들(56) 각각과, 그리드 충전 영역들(42, 50)은 이미지 센서들(24) 중 하나와 오버랩한다.
도 7에서 도시된 구조물에서, 금속 그리드(44)의 폭(W2)은 부분적으로, 금속층(44)의 두께(T2)(도 4)에 의해 결정되며, 이것은 금속층(44)의 두께(T2)와 실질적으로 동일할 수 있다는 것이 관찰된다. 따라서, 금속 그리드(44)의 폭(W2)의 감소는, BSI 칩들의 금속 그리드들을 형성하기 위한 종래의 공정들에서 존재하는 리소그래피 한계성들에 의해 더이상 제한받지 않는다.
실시예들 및 이들의 장점들을 자세하게 설명하였지만, 여기에 다양한 변경, 대체, 및 변동이 첨부된 청구범위들에 의해 정의된 본 실시예들의 범위 및 사상을 벗어나지 않고서 행해질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 출원의 범위는 본 명세서 내에서 설명된 물질, 수단, 방법, 또는 단계의 공정, 머신, 제조, 조성들의 특정 실시예들로 한정되는 것을 의도하지 않는다. 본 발명분야의 당업자라면 여기서 설명된 대응하는 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 또는 이와 실질적으로 동일한 결과를 달성하는, 현존하거나 후에 개발될 물질, 수단, 방법, 또는 단계의 공정, 머신, 제조, 조성이 본 발명개시에 따라 이용될 수 있다는 것을 본 발명개시로부터 손쉽게 알 것이다. 따라서, 첨부된 청구항들은 이와 같은 물질, 수단, 방법, 또는 단계의 공정, 머신, 제조, 조성을 청구항의 범위내에 포함하는 것으로 한다. 또한, 각각의 청구항은 개별적인 실시예를 구성하며, 다양한 청구항들 및 실시예들의 조합은 본 발명개시의 범위내에 있다.
Claims (10)
- 방법에 있어서,
반도체 기판의 전면(front side)상에 복수의 이미지 센서들을 형성하는 단계;
상기 반도체 기판의 후면(backside) 위에 유전체층을 형성하는 단계;
상기 유전체층을 제1 복수의 그리드 충전(grid-filling) 영역들로 패터닝하는 단계로서, 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들 각각은 상기 복수의 이미지 센서들 중 하나의 이미지 센서와 오버랩하는 것인, 상기 패터닝하는 단계;
상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들의 측벽들과 상부 표면들상에 금속층을 형성하는 단계;
상기 금속층을 에칭하여 각각의 그리드 충전 영역의 상기 상부 표면상의 상기 금속층을 제거함으로써 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들의 측벽들상에 금속 그리드를 형성하는 단계;
제2 복수의 그리드 충전 영역들을 형성하도록 상기 금속 그리드의 그리드 개구들 내로 투명한 물질 - 상기 투명한 물질은 상기 금속 그리드 내의 개구들 내로 채워진 제1 부분들 및 상기 제1 복수의 금속 그리드 충전 영역들 위에 있고 상기 제1 복수의 금속 그리드 충전 영역들과 접촉하는 제2 부분을 포함함 - 을 채우는 단계; 및
상기 제1 및 제2 복수의 금속 그리드 충전 영역들과 오버랩하는 컬러 필터들 및 마이크로렌즈들을 형성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들은 체커보드의 백색 또는 흑색(black color) 중 하나의 패턴을 갖는 것인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유전체층을 패터닝하는 단계 이후에, 상기 금속 그리드 내에 공간들이 형성되고, 상기 공간들과 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들은 상기 금속 그리드의 각각의 행과 각각의 열 내에서 교호적인 패턴으로 배치되는 것인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들 중의 두 개의 이웃하는 그리드 충전 영역들 사이의 거리는 상기 금속층의 두께의 두 배와 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들 중 하나의 폭의 합과 동일한 것인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 그리드의 그리드 개구들 내로 상기 투명한 물질을 채우는 단계 이후에, 상기 그리드 개구들은 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들과 동일한 물질로 채워지는 것인, 방법.
- 방법에 있어서,
반도체 기판의 전면(front side)상에 복수의 이미지 센서들을 형성하는 단계로서, 상기 복수의 이미지 센서들은 어레이를 형성하는 것인, 상기 복수의 이미지 센서 형성 단계;
상기 반도체 기판의 후면(backside) 위에 유전체층을 형성하는 단계;
제1 복수의 그리드 충전(grid-filling) 영역들을 형성하도록 상기 유전체층을 패터닝하는 단계로서, 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들은 상기 어레이 내에서 제1 복수의 이미지 센서들과 오버랩하며, 상기 제1 복수의 이미지 센서들은 상기 어레이의 각각의 행과 각각의 열 내에서 하나 걸러 하나의 이미지 센서들을 포함한 것인, 상기 유전체층을 패터닝하는 단계;
상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들의 측벽들과 상부 표면들상에 금속층을 형성하는 단계;
상기 금속층의 수평 부분들을 제거하도록 상기 금속층을 에칭하는 단계에 있어서, 금속 그리드를 형성하기 위해 상기 에칭 단계 이후에 상기 금속층의 수직 부분들이 남아있는 것인, 상기 금속층을 에칭하는 단계;
제2 복수의 그리드 충전 영역들을 형성하도록 상기 금속 그리드의 그리드 개구들 안으로 투명한 물질 - 상기 투명한 물질은 상기 금속 그리드 내의 개구들 내로 채워진 제1 부분들 및 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들 위에 있고 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들과 접촉하는 제2 부분을 포함함 - 을 채우는 단계; 및
상기 제1 및 제2 복수의 그리드 충전 영역들과 오버랩하는 컬러 필터들과 마이크로렌즈들을 형성하는 단계를 포함하는, 방법. - 제6항에 있어서, 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들은 상기 어레이 내에서 제2 복수의 이미지 센서들과 오버랩하지 않으며, 상기 제1 및 제2 복수의 이미지 센서들은 상기 어레이의 각각의 행과 각각의 열 내에서 교호적인 패턴으로 배치된 것인, 방법.
- 삭제
- 디바이스에 있어서,
전면(front side)과 후면(backside)을 갖는 반도체 기판;
상기 반도체 기판의 상기 전면상에 배치된 복수의 이미지 센서들로서, 상기 복수의 이미지 센서들은 어레이를 형성하는 것인, 상기 복수의 이미지 센서들;
상기 반도체 기판의 후면 위의 금속 그리드;
상기 금속 그리드의 그리드 개구들 내에 배치된 제1 복수의 그리드 충전(grid-filling) 영역들과 제2 복수의 그리드 충전 영역들로서, 상기 제1 및 제2 복수의 그리드 충전 영역들은 상기 그리드 개구들의 각각의 행과 각각의 열 내에서 교호적인 패턴으로 배열된 것인, 상기 제1 및 제2 복수의 그리드 충전 영역들;
상기 제1 및 제2 복수의 그리드 충전 영역들 위의 유전체층으로서, 상기 유전체층과 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들 사이에는 어떠한 구별가능한 계면들이 형성되지 않으며, 상기 유전체층과 상기 제2 복수의 그리드 충전 영역들 사이에는 구별가능한 계면들이 형성되는 것인, 상기 유전체층; 및
상기 제1 및 제2 복수의 그리드 충전 영역들과 오버랩하는 컬러 필터들 및 마이크로렌즈들을 포함하는, 디바이스. - 디바이스에 있어서,
전면(front side)과 후면(backside)을 갖는 반도체 기판;
상기 반도체 기판의 상기 전면상에 배치된 복수의 이미지 센서들로서, 상기 복수의 이미지 센서들은 어레이를 형성하는 것인, 상기 복수의 이미지 센서들;
상기 반도체 기판의 후면 위의 금속 그리드;
상기 금속 그리드의 그리드 개구들 내에 배치된 제1 복수의 그리드 충전(grid-filling) 영역들과 제2 복수의 그리드 충전 영역들로서, 상기 제1 및 제2 복수의 그리드 충전 영역들은 상기 그리드 개구들의 각각의 행과 각각의 열 내에서 교호적인 패턴으로 배열된 것인, 상기 제1 및 제2 복수의 그리드 충전 영역들;
상기 제1 및 제2 복수의 그리드 충전 영역들 위의 유전체층으로서, 상기 유전체층과 상기 제1 복수의 그리드 충전 영역들 사이에는 어떠한 구별가능한 계면들이 형성되지 않으며, 상기 유전체층과 상기 제2 복수의 제2 그리드 충전 영역들 사이에는 구별가능한 계면들이 형성되는 것인, 상기 유전체층을 포함하고,
상기 금속 그리드는,
상기 제1 그리드 충전 영역들과 접촉하는, 수직한 제1 가장자리들; 및
상기 제2 그리드 충전 영역들과 접촉하는 제2 가장자리들을 포함하며, 상기 제1 그리드 충전 영역들에 보다 가까운 상기 제2 가장자리들의 부분들이 상기 제2 그리드 충전 영역들에 보다 가까운 제2 가장자리들의 부분들보다 높도록 상기 제2 가장자리들은 경사진 것인, 디바이스.
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| KR102192570B1 (ko) | 2014-07-30 | 2020-12-17 | 삼성전자주식회사 | 컬러 필터들 사이에 위치하는 금속 패턴을 포함하는 이미지 센서 |
| KR102372745B1 (ko) * | 2015-05-27 | 2022-03-11 | 에스케이하이닉스 주식회사 | 이미지 센서 및 이를 구비하는 전자장치 |
| CN105140251A (zh) * | 2015-07-03 | 2015-12-09 | 豪威科技(上海)有限公司 | 一种背照式图像传感器晶圆、芯片及其制造方法 |
| EP3339821A1 (en) | 2016-12-23 | 2018-06-27 | IMEC vzw | An imaging sensor |
| CN106856202A (zh) * | 2016-12-26 | 2017-06-16 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | 一种埋藏型金属栅格生成方法及图像传感器制造方法 |
| EP3460848A1 (en) | 2017-09-26 | 2019-03-27 | Thomson Licensing | Image sensor comprising pixels for preventing or reducing the crosstalk effect |
| EP3462495A1 (en) | 2017-09-29 | 2019-04-03 | Thomson Licensing | Enhanced light capture image sensor |
| US10665627B2 (en) | 2017-11-15 | 2020-05-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Image sensor device and method for forming the image sensor device having a first lens and a second lens over the first lens |
| CN108538874B (zh) * | 2018-05-07 | 2021-03-02 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法 |
| CN110729314A (zh) * | 2018-07-17 | 2020-01-24 | 联华电子股份有限公司 | 光学感测装置 |
| CN109065559A (zh) * | 2018-08-10 | 2018-12-21 | 德淮半导体有限公司 | 半导体装置及其制造方法 |
| US11233081B2 (en) * | 2018-09-26 | 2022-01-25 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Wave guide filter for semiconductor imaging devices |
| KR20200108133A (ko) * | 2019-03-06 | 2020-09-17 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 이미징 장치 |
| US11631709B2 (en) * | 2020-03-10 | 2023-04-18 | Visera Technologies Company Limited | Solid-state image sensor |
| US11728364B2 (en) * | 2020-08-11 | 2023-08-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Low-refractivity grid structure and method forming same |
| CN112397541B (zh) * | 2020-11-16 | 2024-03-08 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | 背照式图像传感器的制造方法 |
| US20220302186A1 (en) * | 2021-03-19 | 2022-09-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Image sensor with high quantam efficiency |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110016078A (ko) * | 2009-08-11 | 2011-02-17 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
| US20110226934A1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Hui Tian | Image sensors employing sensitized semiconductor diodes |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6809791B2 (en) * | 2001-02-01 | 2004-10-26 | Lg.Philips Lcd Co., Ltd. | Transflective liquid crystal display device having a color filter and method for fabricating thereof |
| US7616855B2 (en) * | 2004-11-15 | 2009-11-10 | Avago Technologies General Ip (Singapore) Pte. Ltd. | Integrated waveguide and method for designing integrated waveguide |
| JP2007003651A (ja) * | 2005-06-22 | 2007-01-11 | Nec Lcd Technologies Ltd | 液晶表示パネル及びその製造方法 |
| US7924504B2 (en) * | 2008-01-01 | 2011-04-12 | United Microelectronics Corp. | Color filter structure having inorganic layers |
| JP2010232387A (ja) * | 2009-03-26 | 2010-10-14 | Panasonic Corp | 固体撮像素子 |
| JP5261245B2 (ja) * | 2009-03-26 | 2013-08-14 | 株式会社ジャパンディスプレイウェスト | バックライトおよび表示撮像装置 |
| US8227288B2 (en) * | 2009-03-30 | 2012-07-24 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Image sensor and method of fabricating same |
| US20120019695A1 (en) * | 2010-07-26 | 2012-01-26 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor having dark sidewalls between color filters to reduce optical crosstalk |
| FR2965976A1 (fr) * | 2010-10-08 | 2012-04-13 | St Microelectronics Sa | Capteur d'images eclaire par la face arriere |
-
2012
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-
2013
- 2013-04-09 TW TW102112459A patent/TWI491030B/zh active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110016078A (ko) * | 2009-08-11 | 2011-02-17 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
| US20110226934A1 (en) * | 2010-03-19 | 2011-09-22 | Hui Tian | Image sensors employing sensitized semiconductor diodes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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