KR101672590B1 - 포토 다이오드 및 이의 형성 방법 - Google Patents
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Abstract
포토 다이오드를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 기판 위에 제1 픽셀에 대응하는 제1 하부 전극 및 제2 픽셀에 대응하는 제2 하부 전극을 형성하는 단계; 기판 위에 유전체 층을 형성하는 단계; 기판 위의 유전체 층을 패터닝하는 단계; 기판 위에 광변환 층을 형성하는 단계; 광변환 층 위에 상부 전극을 형성하는 단계; 및 상부 전극 위에 컬러 필터 층을 형성하는 단계를 포함하고, 유전체 층의 적어도 일부는 제1 픽셀에 대응하는 컬러 필터 층의 제1 부분을 제2 픽셀에 대응하는 컬러 필터 층의 제2 부분과 분리하고, 유전체 층의 굴절률은 컬러 필터 층의 굴절률보다 더 낮다.
Description
본 특허 문서에 기재된 기술은 반도체 프로세스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토 다이오드(photo diode) 및 포토 다이오드를 형성하는 방법에 관한 것이다.
광전자(photo-electronic) 기술이 발전함에 따라, 디지털 카메라, 스캐너 및 비디오 카메라와 같이 이미지 기술을 사용하는 제품이 점점 더 인기를 끌게 되었다. 이미지 센서의 제조 프로세스에서, 포토 다이오드는 컬러 필터에 의해 적색, 녹색 및 청색과 같은 상이한 컬러들을 감지하는 것이 가능하다. 통상적으로, 각각의 포토 다이오드는 특정 컬러만 감지한다. 그러나, 종래의 포토 다이오드 아키텍처는 심각한 혼선(crosstalk) 문제를 겪을 수 있는데, 경사각으로 수신된 광이 인접 픽셀들과 간섭할 수 있기 때문이다.
여기에 기재된 교시에 따라, 포토 다이오드를 형성하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 예시적인 제1 방법은, 기판 위에 제1 픽셀에 대응하는 제1 하부 전극 및 제2 픽셀에 대응하는 제2 하부 전극을 형성하는 단계; 기판 위에 유전체 층을 형성하는 단계; 기판 위의 유전체 층을 패터닝하는 단계; 기판 위에 광변환 층(photo conversion layer)을 형성하는 단계; 광변환 층 위에 상부 전극을 형성하는 단계; 및 상부 전극 위에 컬러 필터 층을 형성하는 단계를 포함하고, 유전체 층의 적어도 일부는 제1 픽셀에 대응하는 컬러 필터 층의 제1 부분을 제2 픽셀에 대응하는 컬러 필터 층의 제2 부분과 분리하고, 유전체 층의 굴절률은 컬러 필터 층의 굴절률보다 더 낮다.
제1 예시적인 포토 다이오드는, 기판; 기판 위의 제1 픽셀에 대응하는 제1 하부 전극; 기판 위의 제2 픽셀에 대응하는 제2 하부 전극; 제1 하부 전극 및 제2 하부 전극 위의 광변환 층; 광변환 층 위의 상부 전극; 상부 전극 위의 컬러 필터 층; 및 제1 픽셀에 대응하는 컬러 필터 층의 제1 부분을 제2 픽셀에 대응하는 컬러 필터 층의 제2 부분과 분리하는 유전체 층을 포함하고, 유전체 층의 굴절률은 컬러 필터 층의 굴절률보다 더 낮다. 제2 예시적인 포토 다이오드는, 기판; 기판 위의 제1 픽셀에 대응하는 제1 하부 전극; 기판 위의 제2 픽셀에 대응하는 제2 하부 전극; 제1 하부 전극 및 제2 하부 전극 위의 광변환 층; 광변환 층 위의 상부 전극; 상부 전극 위의 컬러 필터 층; 및 제1 픽셀에 대응하는 광변환 층의 제1 부분을 제2 픽셀에 대응하는 광변환 층의 제2 부분과 분리하는 유전체 층을 포함하고, 유전체 층의 굴절률은 광변환 층의 굴절률보다 더 낮다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 일련의 프로세싱 단계들 동안의 예시적인 도면이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 일련의 프로세싱 단계들 동안의 예시적인 도면이다.
도 13 내지 도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 일련의 프로세싱 단계들 동안의 예시적인 도면이다.
도 22는 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토 다이오드에 대한 예시적인 도면이다.
도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토 다이오드에 대한 예시적인 도면이다.
도 24는 본 발명의 제3 실시예에 따른 포토 다이오드에 대한 예시적인 도면이다.
도 25는 본 발명의 제1 예시적인 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 흐름도이다.
도 26은 본 발명의 제2 예시적인 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 흐름도이다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 일련의 프로세싱 단계들 동안의 예시적인 도면이다.
도 13 내지 도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 일련의 프로세싱 단계들 동안의 예시적인 도면이다.
도 22는 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토 다이오드에 대한 예시적인 도면이다.
도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토 다이오드에 대한 예시적인 도면이다.
도 24는 본 발명의 제3 실시예에 따른 포토 다이오드에 대한 예시적인 도면이다.
도 25는 본 발명의 제1 예시적인 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 흐름도이다.
도 26은 본 발명의 제2 예시적인 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 흐름도이다.
이제 첨부 도면에 예시되어 있는 예시적인 실시예들을 상세하게 참조할 것이다. 가능한 곳마다 도면 전반에 걸쳐 동일한 참조 번호가 동일하거나 유사한 부분을 지칭하는데 사용될 것이다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 일련의 프로세싱 단계들 동안의 예시적인 도면들이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(도시되지 않음) 위의 리드(read) 회로(102)가 포토 다이오드(100)에 제공될 수 있다. BEOL(back end of line) 프로세스에서 비아(107)를 보호하기 위한 캐핑 층(104)이 리드 회로(102) 위에 제공될 수 있다. 캐핑 층(104)은 예를 들어 실리콘 질화물 또는 실리콘 카바이드일 수 있다. 비아(107)는 예를 들어 알루미늄-구리 또는 구리일 수 있다. BEOL 프로세스에서 하부 전극(110, 112)과 기타 금속 층(도시되지 않음) 사이의 전기적 절연을 위한 제1 유전체 층(106)이 캐핑 층(104) 위에 제공될 수 있다. 하부 전극(110, 112) 사이의 전기적 절연을 위한 제2 유전체 층(108)이 제1 유전체 층(106) 위에 제공될 수 있다. 유전체 층(106, 108)은 예를 들어 산화물 또는 기타 절연 재료일 수 있다. 하부 전극(110, 112)은 알루미늄-구리 및 구리와 같은 임의의 금속 또는 합금일 수 있다. 제1 하부 전극(110)은 제1 픽셀(114)에 대응할 수 있고, 제2 하부 전극(112)은 제2 픽셀(116)에 대응할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제3 유전체 층(202)이 제2 유전체 층(108) 및 하부 전극(110, 112) 상에 제공될 수 있다. 제3 유전체 층(202)은 또한 기판(도시되지 않음) 위에도 제공될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제3 유전체 층(202)에 대한 에칭 영역을 정의하도록 마스크(도시되지 않음)가 사용될 수 있다. 제3 유전체 층(202)의 일부는, 제1 픽셀(114)에 대응하는 제1 그리드(grid)(302) 및 제2 픽셀(116)에 대응하는 제2 그리드(304)를 형성하도록, 예를 들어 건식 에칭 프로세스에 의해 제거될 수 있다. 제1 그리드(302) 및 제2 그리드(304)는 제3 유전체 층(202)의 부분(306)에 의해 분리될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 광변환 층(401)이 제2 유전체 층(108) 및 하부 전극(110, 112) 상에 형성될 수 있다. 제3 유전체 층(202)의 부분(306)은, 제1 픽셀(114)에 대응하는 광변환 층(401)의 제1 부분(402)을 제2 픽셀(116)에 대응하는 광변환 층(401)의 제2 부분(404)으로부터 정의한다. 광변환 층(401)은 PCBM(Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 또는 P3HT(poly(3-hexylthiophene))와 같은 유기 막(organic film)일 수 있다. 제3 유전체 층(202)의 굴절률은 광변환 층(401)의 굴절률보다 더 낮다. 예를 들어, 광변환 층(401)의 굴절률은 약 1.6 내지 2일 수 있지만, 제3 유전체 층(202)의 굴절률은 1.5보다 더 작을 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 광변환 층(401)의 두께는 100 나노미터 내지 수 마이크로미터일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상부 전극(502)이 광변환 층(401) 위에 형성될 수 있다. 상부 전극(502)은 예를 들어 인듐 주석 산화물 층일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 상부 전극(502)의 두께는 50 나노미터 내지 500 나노미터일 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 컬러 필터 층(601)이 상부 전극(502) 상에 형성될 수 있다. 컬러 필터 층(601)은 또한 광변환 층(401) 위에도 제공될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제1 픽셀(114)에 대응하는 컬러 필터 층(601)의 제1 부분(602)은 녹색 필터 프로세스에 의해 형성될 수 있고, 제2 픽셀(116)에 대응하는 컬러 필터 층(601)의 제2 부분(604)은 적색 필터 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 컬러 필터 층(601)의 두께는 0.3 마이크로미터 내지 1 마이크로미터일 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 층(701)이 컬러 필터 층(601) 위에 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈 층(701)의 제1 부분(702)은 제1 픽셀(114)에 대응할 수 있고, 마이크로 렌즈 층(701)의 제2 부분(704)은 제2 픽셀(116)에 대응할 수 있다. 상부 전극(502)과 하부 전극(110, 112) 간의 바이어스 전압은 광변환 층(401)에 의해 변환된 정공 또는 전자의 수집에서 하부 전극(110, 112)을 강화시키는 전기장을 트리거하도록 인가될 수 있다.
마이크로 렌즈 층(701)의 제1 부분(702), 컬러 필터 층(602)의 제1 부분(602) 및 광변환 층(401)의 제1 부분(402)을 통한 광은 광변환 층(401)의 제2 부분(404)을 통과하지 못할 수 있는데, 광변환 층(401)을 분리하는 제3 유전체 층(202)의 부분(306)이 광의 방향을 변경시킬 수 있기 때문이다.
내부 전반사가 일어날 수 있고, 이는 진행파가 표면에 대한 수직선에 대해 특정 임계각보다 더 큰 각도로 매체 경계에 부딪힐 때 일어나는 현상이다. 예를 들어, 공식 
에 따라, 광변환 층(401)의 굴절률(이 경우에 n1에 대응함)이 2이고 제3 유전체 층(202)의 굴절률(이 경우에 n2에 대응함)이 1.5라고 가정하면, 임계각은 약 49도일 수 있다.
광(750)이 제2 유전체 층(202)의 측방 표면(706)에 대한 수직선에 대한 임계각(49도)보다 더 큰 각도로 광변환 층(401)과 제3 유전체 층(202)의 부분(306) 사이의 경계에 부딪힐 때, 광(750)은 제3 유전체 층(202)의 부분(306)을 통과할 수 없고 반사된다. 따라서, 제1 픽셀(114)에 대응하는 컬러 필터 층(601)의 제1 부분(602)을 통한 광(750)은, 제2 픽셀(116)에 대응하는 광변환 층(401)의 제2 부분(404)을 통과하지 못한다. 제2 픽셀(116)에 대응하는 전극(112)은 제1 픽셀(114)을 통한 광(750)으로부터 변환된 전자 또는 정공을 수용하지 못한다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(100)의 픽셀들(114, 116) 사이의 광의 혼선이 감소될 수 있다.
도 8 내지 도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 일련의 프로세싱 단계들 동안의 예시적인 도면들이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 기판(도시되지 않음) 위의 리드 회로(802)가 포토 다이오드(800)에 제공될 수 있다. BEOL 프로세스에서 비아(807)를 보호하기 위한 캐핑 층(804)이 리드 회로(802) 위에 제공될 수 있다. 캐핑 층(804)은 예를 들어 실리콘 질화물 또는 실리콘 카바이드일 수 있다. 비아(807)는 예를 들어 알루미늄-구리 또는 구리일 수 있다. BEOL 프로세스에서 하부 전극(810, 812)과 기타 금속 층(도시되지 않음) 사이의 전기적 절연을 위한 유전체 층(806)이 캐핑 층(804) 위에 제공될 수 있다. 하부 전극(810, 812) 사이의 전기적 절연을 위한 유전체 층(808)이 유전체 층(806) 위에 제공될 수 있다. 유전체 층(806, 808)은 예를 들어 산화물 또는 기타 절연 재료일 수 있다. 하부 전극(810, 812)은 알루미늄-구리 및 구리와 같은 임의의 금속 또는 합금일 수 있다. 하부 전극(810)은 제1 픽셀(814)에 대응할 수 있고, 하부 전극(812)은 제2 픽셀(816)에 대응할 수 있다.
광변환 층(818)이 유전체 층(808) 및 하부 전극(810, 812) 상에 형성될 수 있다. 광변환 층(818)은 PCBM(Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 또는 P3HT(poly(3-hexylthiophene))와 같은 유기 막일 수 있다. 상부 전극(820)이 광변환 층(818) 위에 형성된다. 상부 전극(820)은 예를 들어 인듐 주석 산화물 층일 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 유전체 층(902)이 상부 전극(820) 상에 제공될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 유전체 층(902)에 대한 에칭 영역을 정의하도록 마스크(도시되지 않음)가 사용될 수 있다. 유전체 층(902)의 일부는, 제1 픽셀(814)에 대응하는 제1 그리드(1002) 및 제2 픽셀(816)에 대응하는 제2 그리드(1004)를 형성하도록, 예를 들어 건식 에칭 프로세스에 의해 제거될 수 있다. 제1 그리드(1002) 및 제2 그리드(1004)는 유전체 층(902)의 부분(1006)에 의해 분리될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 컬러 필터 층(1101)이 상부 전극(820) 상에 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제1 픽셀(814)에 대응하는 컬러 필터 층(1101)의 제1 부분(1102)이 녹색 필터 프로세스에 의해 형성될 수 있고, 제2 픽셀(816)에 대응하는 컬러 필터 층(1101)의 제2 부분(1104)이 적색 필터 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 컬러 필터 층(1101)의 두께는 0.3 마이크로미터 내지 1 마이크로미터일 수 있다.
유전체 층(902)의 부분(1006)은 제1 픽셀(814)에 대응하는 컬러 필터 층(1101)의 제1 부분(1102)을 제2 픽셀(816)에 대응하는 컬러 필터 층(1101)의 제2 부분(1104)으로부터 정의한다. 유전체 층(902)의 굴절률은 컬러 필터 층(1101)의 굴절률보다 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 컬러 필터 층(1101)의 굴절률은 약 1.6 내지 2일 수 있지만, 유전체 층(902)의 굴절률은 1.5보다 더 작을 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 층(1201)이 컬러 필터 층(1101) 위에 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈 층(1201)의 제1 부분(1202)은 제1 픽셀(814)에 대응할 수 있고, 마이크로 렌즈 층(1201)의 제2 부분(1204)은 제2 픽셀(816)에 대응할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(800)가 형성된다. 상부 전극(802)과 하부 전극(810, 812) 사이의 바이어스 전압은 광변환 층(818)에 의해 변환된 정공 또는 전자의 수집에서 하부 전극(810, 812)을 강화시키는 전기장을 트리거하도록 인가될 수 있다.
마이크로 렌즈 층(1201)의 제1 부분(1202)과 컬러 필터 층(1101)의 제1 부분(1102)을 통한 광은 컬러 필터 층(1101)의 제2 부분(1104)을 통과하지 못할 수 있는데, 컬러 필터 층(1101)을 분리하는 유전체 층(902)의 부분(1006)이 광의 방향을 변경시킬 수 있기 때문이다.
내부 전반사가 일어날 수 있고, 이는 진행파가 표면에 대한 수직선에 대해 특정 임계각보다 더 큰 각도로 매체 경계에 부딪힐 때 일어나는 현상이다. 예를 들어, 공식 
에 따라, 컬러 필터 층(1101)의 굴절률(이 경우에 n1에 대응함)이 2이고 유전체 층(902)의 굴절률(이 경우에 n2에 대응함)이 1.5라고 가정하면, 임계각은 약 49도일 수 있다. 광(1250)이 유전체 층(902)의 측방 표면(1206)에 대한 수직선에 대한 임계각(49도)보다 더 큰 각도로 컬러 필터 층(1101)과 유전체 층(902)의 부분(1006) 사이의 경계에 부딪힐 때, 광(1250)은 유전체 층(902)의 부분(1006)을 통과할 수 없고 반사된다.
따라서, 제1 픽셀(814)에 대응하는 컬러 필터 층(1101)의 제1 부분(1102)을 통한 광(1250)은 제2 픽셀(816)에 대응하는 광변환 층(818)의 부분을 통과하지 못한다. 제2 픽셀(816)에 대응하는 전극(812)은 제1 픽셀(814)을 통한 광(1250)으로부터 변환된 전자 또는 정공을 수용하지 못한다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(800)의 픽셀들(814, 816) 사이의 광의 혼선이 감소될 수 있다.
도 13 내지 도 21은 본 발명의 제3 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 일련의 프로세싱 단계들 동안의 예시적인 도면들이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 기판(도시되지 않음) 위의 리드 회로(1302)가 포토 다이오드(1300)에 제공될 수 있다. BEOL 프로세스에서 비아(1307)를 보호하기 위한 캐핑 층(1304)이 리드 회로(1302) 위에 제공될 수 있다. 캐핑 층(1304)은 예를 들어 실리콘 질화물 또는 실리콘 카바이드일 수 있다. 비아(1307)는 예를 들어 알루미늄-구리 또는 구리일 수 있다. BEOL 프로세스에서 하부 전극(1310, 1312)과 기타 금속 층(도시되지 않음) 사이의 전기적 절연을 위한 유전체 층(1306)이 캐핑 층(1304) 위에 제공될 수 있다. 하부 전극(1310, 1312) 사이의 전기적 절연을 위한 유전체 층(1308)이 유전체 층(1306) 위에 제공될 수 있다. 유전체 층(1306, 1308)은 예를 들어 산화물 또는 임의의 절연 재료일 수 있다. 하부 전극(1310, 1312)은 알루미늄-구리 및 구리와 같은 임의의 금속 또는 합금일 수 있다. 제1 하부 전극(1310)은 제1 픽셀(1314)에 대응할 수 있고, 제2 하부 전극(1312)은 제2 픽셀(1316)에 대응할 수 있다.
도 14에 도시된 바와 같이, 유전체 층(1402)이 유전체 층(1308)과 하부 전극(1310, 1312) 상에 제공될 수 있다. 유전체 층(1402)은 또한 기판(도시되지 않음) 위에도 제공될 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 유전체 층(1402)에 대한 에칭 영역을 정의하도록 마스크(도시되지 않음)가 사용될 수 있다. 유전체 층(1402)의 일부는, 제1 픽셀(1314)에 대응하는 유전체 층(1402)의 제1 그리드(1502) 및 제2 픽셀(1316)에 대응하는 유전체 층(1402)의 제2 그리드(1504)를 형성하도록, 예를 들어 건식 에칭 프로세스에 의해 제거될 수 있다. 유전체 층(1402)의 제1 그리드(1502) 및 유전체 층(1402)의 제2 그리드(1504)는 유전체 층(1402)의 부분(1506)에 의해 분리될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 광변환 층(1601)이 유전체 층(1308) 및 하부 전극(1310, 1312) 상에 형성될 수 있다. 광변환 층(1601)은 기판(도시되지 않음) 위에 제공될 수 있다. 유전체 층(1402)의 부분(1506)은 제1 픽셀(1314)에 대응하는 광변환 층(1601)의 제1 부분(1602)을 제2 픽셀(1316)에 대응하는 광변환 층(1601)의 제2 부분(1604)으로부터 정의한다. 광변환 층(1601)은 PCBM(Phenyl-C61-butyric acid methyl ester) 또는 P3HT(poly(3-hexylthiophene))와 같은 유기 막일 수 있다. 유전체 층(1402)의 굴절률은 광변환 층(1601)의 굴절률보다 더 낮을 수 있다. 예를 들어, 광변환 층(1601)의 굴절률은 약 1.6 내지 2일 수 있지만, 유전체 층(1402)의 굴절률은 1.5보다 더 작을 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 광변환 층(1601)의 두께는 100 나노미터 내지 수 마이크로미터일 수 있다.
도 17에 도시된 바와 같이, 상부 전극(1702)이 광변환 층(1601) 위에 형성된다. 상부 전극(1702)은 인듐 주석 산화물 층일 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 상부 전극(1702)의 두께는 50 나노미터 내지 500 나노미터일 수 있다.
도 18에 도시된 바와 같이, 유전체 층(1802)이 상부 전극(1702) 상에 제공될 수 있다.
도 19에 도시된 바와 같이, 유전체 층(1802)에 대한 에칭 영역을 정의하도록 마스크(도시되지 않음)가 사용될 수 있다. 유전체 층(1802)의 일부는, 제1 픽셀(1314)에 대응하는 유전체 층(1802)의 제1 그리드(1902) 및 제2 픽셀(1316)에 대응하는 유전체 층(1802)의 제2 그리드(1904)를 형성하도록, 예를 들어 건식 에칭 프로세스에 의해 제거될 수 있다. 유전체 층(1802)의 제1 그리드(1902) 및 유전체 층(1802)의 제2 그리드(1904)는 유전체 층(1802)의 부분(1906)에 의해 분리될 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 컬러 필터 층(2001)이 상부 전극(1702) 상에 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 제1 픽셀(1314)에 대응하는 컬러 필터 층(2001)의 제1 부분(2002)이 녹색 필터 프로세스에 의해 형성될 수 있고, 제2 픽셀(1316)에 대응하는 컬러 필터 층(2001)의 제2 부분(2004)이 적색 필터 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 컬러 필터 층(2001)의 두께는 0.3 마이크로미터 내지 1 마이크로미터일 수 있다.
유전체 층(1802)의 부분(1906)은 제1 픽셀(1314)에 대응하는 컬러 필터 층(2001)의 제1 부분(2002)을 제2 픽셀(1316)에 대응하는 컬러 필터 층(2001)의 제2 부분(2004)으로부터 정의한다. 유전체 층(1802)의 굴절률은 컬러 필터 층(2001)의 굴절률보다 더 낮다. 예를 들어, 컬러 필터 층(2001)의 굴절률은 약 1.6 내지 2일 수 있지만, 유전체 층(1802)의 굴절률은 1.5보다 더 작을 수 있다.
도 21에 도시된 바와 같이, 마이크로 렌즈 층(2101)이 컬러 필터 층(2001) 위에 형성될 수 있다. 마이크로 렌즈 층(2101)의 제1 부분(2102)은 제1 픽셀(1314)에 대응할 수 있고, 마이크로 렌즈 층(2101)의 제2 부분(2104)은 제2 픽셀(1316)에 대응할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(1300)가 형성된다. 상부 전극(1702)과 하부 전극(1310, 1312) 사이의 바이어스 전압은 광변환 층(1601)에 의해 변환된 정공 또는 전자의 수집에서 하부 전극(1310, 1312)을 강화시키는 전기장을 트리거하도록 인가될 수 있다.
마이크로 렌즈 층(2101)의 제1 부분(2102), 컬러 필터 층(2001)의 제1 부분(2002) 및 광변환 층(1601)의 제1 부분(1602)을 통한 광은 광변환 층(1601)의 제2 부분(1604)을 통과하지 못할 수 있는데, 광변환 층(1601))을 분리하는 유전체 층(1402)의 부분(1506)이 광의 방향을 변경시킬 수 있기 때문이다.
내부 전반사가 일어날 수 있고, 이는 진행파가 표면에 대한 수직선에 대해 특정 임계각보다 더 큰 각도로 매체 경계에 부딪힐 때 일어나는 현상이다. 예를 들어, 공식 
에 따라, 광변환 층(1601)의 굴절률(이 경우에 n1에 대응함)이 2이고 유전체 층(1402)의 굴절률(이 경우에 n2에 대응함)이 1.5라고 가정하면, 임계각은 약 49도일 수 있다. 광(2150)이 유전체 층(1402)의 측방 표면(2106)에 대한 수직선에 대한 임계각(49도)보다 더 큰 각도로 광변환 층(1601)과 유전체 층(1402)의 부분(1506) 사이의 경계에 부딪힐 때, 광(2150)은 유전체 층(1402)의 부분(1506)을 통과할 수 없고 반사된다. 따라서, 제1 픽셀(1314)에 대응하는 컬러 필터 층(2001)의 제1 부분(2002)을 통한 광(2150)은 제2 픽셀(1316)에 대응하는 광변환 층(1601)의 제2 부분(1604)을 통과하지 못한다. 제2 픽셀(1316)에 대응하는 전극(1312)은 제1 픽셀(1314)을 통한 광(2150)으로부터 변환된 전자 또는 정공을 수용하지 못한다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(1300)의 픽셀들(1314, 1316) 사이의 광의 혼선이 감소될 수 있다.
마이크로 렌즈 층(2101)의 제1 부분(2102) 및 컬러 필터 층(2001)의 제1 부분(2002)을 통한 광은 컬러 필터 층(2001)의 제2 부분(2004)을 통과하지 못할 수 있는데, 컬러 필터 층(2001)을 분리하는 유전체 층(1802)의 부분(1906)이 광의 방향을 변경시킬 수 있기 때문이다.
본 발명의 실시예에서, 공식 
에 따라, 컬러 필터 층(2001)의 굴절률(이 경우에 n1에 대응함)이 2이고 유전체 층(1802)의 굴절률(이 경우에 n2에 대응함)이 1.5라고 가정하면, 임계각은 약 49도일 수 있다. 광(2160)이 유전체 층(1802)의 측방 표면(2108)에 대한 수직선에 대한 임계각(49도)보다 더 큰 각도로 컬러 필터 층(2001)과 유전체 층(1802)의 부분(1906) 사이의 경계에 부딪힐 때, 광(2160)은 유전체 층(1802)의 부분(1906)을 통과할 수 없고 반사된다.
따라서, 제1 픽셀(1314)에 대응하는 컬러 필터 층(2001)의 제1 부분(2002)을 통한 광(2160)은 제2 픽셀(1316)에 대응하는 광변환 층(1402)의 부분(1604)을 통과하지 못한다. 제2 픽셀(1316)에 대응하는 전극(1312)은 제1 픽셀(1314)을 통한 광(2160)으로부터 변환된 전자 또는 정공을 수용하지 못한다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(1300)의 픽셀들(1314, 1316) 사이의 광의 혼선이 또한 감소될 수 있다.
도 22는 본 발명의 제1 실시예에 따른 포토 다이오드에 대한 예시적인 도면이다. 도 22에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드(2200)는 기판(도시되지 않음), 광변환 층(2202), 컬러 필터 층(2204), 및 유전체 층(2206)을 포함할 수 있다. 광변환 층(2202)은 기판(도시되지 않음) 위에 배치된다. 컬러 필터 층(2204)은 광변환 층(2202) 위에 배치된다. 유전체 층(2206)의 부분(2230)은 제1 픽셀(2212)에 대응하는 광변환 층(2202)의 제1 부분(2208)을 제2 픽셀(2214)에 대응하는 광변환 층(2202)의 제2 부분(2210)으로부터 정의한다. 유전체 층(2206)의 굴절률은 광변환 층(2202)의 굴절률보다 더 낮을 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2200)는 기판(도시되지 않음) 위에 배치된 하부 전극(2216, 2218)을 더 포함한다. 하부 전극(2216)은 제1 픽셀(2212)에 대응할 수 있고, 하부 전극(2218)은 제2 픽셀(2214)에 대응할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2200)는 상부 전극(2220)을 더 포함한다. 상부 전극(2220)은 광변환 층(2202) 위에 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 상부 전극(2220)은 인듐 주석 산화물 층이다. 본 발명의 실시예에서, 광변환 층(2202)은 유기 막 층이다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2200)는 리드 아웃(read out) 회로(2222)를 더 포함한다. 리드 아웃 회로(2222)는 기판(도시되지 않음) 위에 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2200)는 마이크로 렌즈 층(2224)을 더 포함한다. 마이크로 렌즈 층(2224)은 컬러 필터 층(2204) 위에 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 제1 픽셀(2212)에 대응하는 컬러 필터 층(2204)의 제1 부분(2226)은 녹색 필터이고, 제2 픽셀(2214)에 대응하는 컬러 필터 층(2204)의 제2 부분(2228)은 적색 필터이다. 본 발명의 실시예에서, 유전체 층(2206)은 제1 픽셀(2212)에 대응하는 제1 그리드 및 제2 픽셀(2214)에 대응하는 제2 그리드를 포함한다.
도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 포토 다이오드에 대한 예시적인 도면이다. 도 23에 도시된 바와 같이, 또다른 포토 다이오드(2300)는 기판(도시되지 않음), 광변환 층(2302), 컬러 필터 층(2304) 및 유전체 층(2306)을 포함한다. 광변환 층(2302)은 기판(도시되지 않음) 위에 배치된다. 컬러 필터 층(2304)은 광변환 층(2302) 위에 배치된다. 유전체 층(2306)의 부분(2326)은 제1 픽셀(2312)에 대응하는 컬러 필터 층(2304)의 제1 부분(2308)을 제2 픽셀(2314)에 대응하는 컬러 필터 층(2304)의 제2 부분(2310)으로부터 정의한다. 유전체 층(2306)의 굴절률은 컬러 필터 층(2304)의 굴절률보다 더 낮다.
본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2300)는 기판(도시되지 않음) 위에 배치된 하부 전극(2316, 2318)을 더 포함한다. 하부 전극(2316)은 제1 픽셀(2312)에 대응할 수 있고, 하부 전극(2318)은 제2 픽셀(2314)에 대응할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2300)는 상부 전극(2320)을 더 포함한다. 상부 전극(2320)은 광변환 층(2302) 위에 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 상부 전극(2320)은 인듐 주석 산화물 층이다. 본 발명의 실시예에서, 광변환 층(2302)은 유기 막 층이다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2300)는 리드 아웃 회로(2322)를 더 포함한다. 리드 아웃 회로(2322)는 기판(도시되지 않음) 위에 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2300)는 마이크로 렌즈 층(2324)을 더 포함한다. 마이크로 렌즈 층(2324)은 컬러 필터 층(2304) 위에 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 제1 픽셀(2312)에 대응하는 컬러 필터 층(2304)의 제1 부분(2308)은 녹색 필터이고, 제2 픽셀(2314)에 대응하는 컬러 필터 층(2304)의 제2 부분(2310)은 적색 필터이다. 본 발명의 실시예에서, 유전체 층(2306)은 제1 픽셀(2312)에 대응하는 제1 그리드 및 제2 픽셀(2314)에 대응하는 제2 그리드를 포함한다.
도 24는 본 발명의 제3 실시예에 따른 포토 다이오드에 대한 예시적인 도면이다. 도 24에 도시된 바와 같이, 또다른 포토 다이오드(2400)는 기판(도시되지 않음), 광변환 층(2402), 컬러 필터 층(2404) 및 유전체 층(2406, 2407)을 포함한다. 광변환 층(2402)은 기판(도시되지 않음) 위에 배치된다. 컬러 필터 층(2404)은 광변환 층(2402) 위에 배치된다. 유전체 층(2406)의 부분(2420)은 제1 픽셀(2412)에 대응하는 광변환 층(2402)의 제1 부분(2408)을 제2 픽셀(2414)에 대응하는 광변환 층(2402)의 제2 부분(2410)으로부터 정의한다. 유전체 층(2406)의 굴절률은 광변환 층(2402)의 굴절률보다 더 낮다. 유전체 층(2407)의 부분(2422)은 또한 제1 픽셀(2412)에 대응하는 컬러 필터 층(2404)의 제1 부분(2416)을 제2 픽셀(2414)에 대응하는 컬러 필터 층(2404)의 제2 부분(2418)으로부터 정의한다. 유전체 층(2407)의 굴절률은 컬러 필터 층(2404)의 굴절률보다 더 낮다.
본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2400)는 기판(도시되지 않음) 위에 배치된 하부 전극(2424, 2426)을 더 포함한다. 하부 전극(2424)은 제1 픽셀(2412)에 대응할 수 있고, 하부 전극(2426)은 제2 픽셀(2414)에 대응할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2400)는 상부 전극(2428)을 더 포함한다. 상부 전극(2428)은 광변환 층(2402) 위에 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 상부 전극(2428)은 인듐 주석 산화물 층이다. 본 발명의 실시예에서, 광변환 층(2402)은 유기 막 층이다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2400)는 리드 아웃 회로(2430)를 더 포함한다. 리드 아웃 회로(2430)는 기판(도시되지 않음) 위에 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 포토 다이오드(2400)는 마이크로 렌즈 층(2432)을 더 포함한다. 마이크로 렌즈 층(2432)은 컬러 필터 층(2404) 위에 배치된다. 본 발명의 실시예에서, 제1 픽셀(2412)에 대응하는 컬러 필터 층(2404)의 제1 부분(2416)은 녹색 필터이고, 제2 픽셀(2414)에 대응하는 컬러 필터 층(2404)의 제2 부분(2418)은 적색 필터이다. 본 발명의 실시예에서, 유전체 층(2406)은 2개의 그리드를 포함한다. 유전체 층(2406)의 각각의 그리드는 각각 제1 픽셀(2412) 및 제2 픽셀(2414)에 대응할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 유전체 층(2407)은 또다른 2개의 그리드를 포함한다. 유전체 층(2407)의 각각의 그리드는 각각 제1 픽셀(2412) 및 제2 픽셀(2414)에 대응할 수 있다.
도 25는 본 발명의 제1 예시적인 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 흐름도이다. 도 25에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드를 형성하기 위한 방법(2500)이 제공된다. 방법(2500)은 다음 절차들, 즉 기판 위에 제1 픽셀에 대응하는 제1 하부 전극 및 제2 픽셀에 대응하는 제2 하부 전극을 형성하고(S2502); 기판 위에 유전체 층을 형성하고(S2504); 기판 위의 유전체 층을 패터닝하고(S2506); 기판 위에 광변환 층을 형성하고(S2508); 광변환 층 위에 상부 전극을 형성하고(S2510); 상부 전극 위에 컬러 필터 층을 형성하는(S2512) 것을 포함할 수 있으며, 유전체 층의 적어도 일부는 제1 픽셀에 대응하는 컬러 필터 층의 제1 부분을 제2 픽셀에 대응하는 컬러 필터 층의 제2 부분과 분리하고, 유전체 층의 굴절률은 컬러 필터 층의 굴절률보다 더 낮다.
도 26은 본 발명의 제2 예시적인 실시예에 따라 포토 다이오드를 형성하기 위한 흐름도이다. 도 26에 도시된 바와 같이, 포토 다이오드를 형성하기 위한 방법(2600)이 제공된다. 방법(2600)은 다음 절차들, 즉 기판 위에 제1 픽셀에 대응하는 제1 하부 전극 및 제2 픽셀에 대응하는 제2 하부 전극을 형성하고(S2602); 기판 위에 유전체 층을 형성하고(S2604); 기판 위의 유전체 층을 패터닝하고(S2606); 기판 위에 광변환 층을 형성하고(S2608); 광변환 층 위에 상부 전극을 형성하고(S2610); 광변환 층 위에 컬러 필터 층을 형성하는(S2612) 것을 포함할 수 있으며, 유전체 층의 적어도 일부는 제1 픽셀에 대응하는 광변환 층의 제1 부분을 제2 픽셀에 대응하는 광변환 층의 제2 부분과 분리하고, 유전체 층의 굴절률은 광변환 층의 굴절률보다 더 낮다.
여기에 쓰여진 기재는, 본 개시를 개시하고 최상의 모드를 포함하며 또한 당해 기술 분야에서의 숙련자가 본 개시를 이루고 사용할 수 있게 하도록, 예를 사용한 것이다. 본 개시의 특허 가능한 범위는 당해 기술 분야에서의 숙련자에게 떠오르는 다른 예들도 포함할 수 있다.
관련 기술 분야에서의 숙련자라면 다양한 실시예들이 구체적 세부사항 중의 하나 이상 없이도 또는 다른 교체 및/또는 추가적인 방법, 재료, 또는 컴포넌트와 함께 실시될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 본 개시의 다양한 실시예의 양상을 모호하게 하는 것을 피하기 위해 잘 알려진 구조, 재료, 또는 동작은 상세하게 보여지거나 기재되지 않았을 수 있다. 도면에 도시된 다양한 실시예는 예시적인 표현이며 반드시 축척대로 도시된 것은 아니다. 하나 이상의 실시예에서 특정 특징, 구조, 재료, 또는 특성은 임의의 적합한 방식으로 결합될 수 있다. 다른 실시예에서 다양한 추가적인 층 및/또는 구조가 포함될 수 있고 그리고/또는 기재된 특징부가 생략될 수도 있다. 다양한 동작들은 본 개시를 이해하는데 가장 도움이 되는 방식으로 순차적으로 복수의 이산 동작들로서 기재되었을 수 있다. 그러나, 기재 순서는 이 동작들이 반드시 순서에 따라야 함을 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다. 특히, 이 동작들은 제시된 순서대로 수행되지 않아도 된다. 여기에 기재된 동작들은 기재된 실시예와 상이한 순서로, 순차적으로 또는 동시에 수행될 수 있다. 다양한 추가적인 동작들이 수행 및/또는 기재될 수 있다. 추가적인 실시예에서 동작들은 생략될 수도 있다.
여기에 쓰여진 기재 및 다음 청구항은 왼쪽, 오른쪽, 상부, 하부, 위에, 아래에, 상단, 하단, 제1, 제2 등과 같은 용어를 포함할 수 있으며, 이는 단지 서술을 위한 목적으로 사용된 것이며 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 예를 들어, 상대적인 수직 위치를 지정하는 용어는, 기판 또는 집적 회로의 디바이스측(또는 활성 표면)이 그 기판의 "상부" 표면인 상황을 지칭할 수 있고, 기판은 실제로 표준 지상 기준계에서 기판의 "상부" 면이 "하부" 면보다 낮을 수 있는 임의의 배향에 있을 수 있으며 여전히 용어 "상부"의 의미 내에 속할 수 있다. 여기에서 사용될 때(청구항을 포함함) 용어 "상에(on)"는, 구체적으로 명시되어 있지 않는 한, 제2 층 "상에" 제1 층이 있는 것이 제2 층 바로 위에 직접 접촉하여 있는 것을 나타내지 않을 수 있고, 제1 층과 제1 층 상의 제2 층 사이에 제3 층 또는 다른 구조가 존재할 수 있다. 여기에 기재된 디바이스 또는 물품의 실시예는 다수의 위치 및 배향으로 제조, 사용 또는 수송될 수 있다. 당해 기술 분야에서의 숙련자라면 도면에 도시된 다양한 컴포넌트에 대한 다양한 등가 조합 및 치환을 알 수 있을 것이다.
Claims (10)
- 포토 다이오드(photo diode)에 있어서,
기판;
상기 기판 위의 제1 픽셀에 대응하는 제1 하부 전극;
상기 기판 위의 제2 픽셀에 대응하는 제2 하부 전극;
상기 제1 하부 전극과 상기 제2 하부 전극 사이의 제1 유전체 층;
상기 제1 하부 전극, 상기 제2 하부 전극 및 상기 제1 유전체 층 위의 광변환 층(photo conversion layer);
상기 제1 픽셀에 대응하는 상기 광변환 층의 제1 부분을 상기 제2 픽셀에 대응하는 상기 광변환 층의 제2 부분과 분리하는 제2 유전체 층;
상기 광변환 층의 제1 및 제2 부분 및 상기 제2 유전체 층 상의 상부 전극;
상기 상부 전극 위의 컬러 필터 층; 및
상기 제1 픽셀에 대응하는 상기 컬러 필터 층의 제1 부분을 상기 제2 픽셀에 대응하는 상기 컬러 필터 층의 제2 부분과 분리하는 제3 유전체 층을 포함하고,
상기 제3 유전체 층의 굴절률은 상기 컬러 필터 층의 굴절률보다 더 낮은 것인 포토 다이오드. - 청구항 1에 있어서, 상기 상부 전극은 인듐 주석 산화물을 포함하는 것인 포토 다이오드.
- 청구항 1에 있어서, 상기 광변환 층은 유기 막(organic film)을 포함하는 것인 포토 다이오드.
- 청구항 1에 있어서, 상기 기판 위에 배치된 리드 아웃(read out) 회로를 더 포함하는 포토 다이오드.
- 청구항 1에 있어서, 상기 컬러 필터 층 위에 배치된 마이크로 렌즈 층을 더 포함하는 포토 다이오드.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제1 픽셀에 대응하는 상기 컬러 필터 층의 제1 부분은 적색 필터이고, 상기 제2 픽셀에 대응하는 상기 컬러 필터 층의 제2 부분은 녹색 필터인 것인 포토 다이오드.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제3 유전체 층은 상기 제1 픽셀에 대응하는 제1 그리드 및 상기 제2 픽셀에 대응하는 제2 그리드를 포함하는 것인 포토 다이오드.
- 청구항 1에 있어서, 상기 제2 유전체 층의 굴절률은 상기 광변환 층의 굴절률보다 더 낮은 것인 포토 다이오드.
- 포토 다이오드에 있어서,
기판;
상기 기판 위의 제1 픽셀에 대응하는 제1 하부 전극;
상기 기판 위의 제2 픽셀에 대응하는 제2 하부 전극;
상기 제1 하부 전극과 상기 제2 하부 전극 사이의 제1 유전체 층;
상기 제1 하부 전극 및 상기 제2 하부 전극 위의 광변환 층;
상기 제1 픽셀에 대응하는 상기 광변환 층의 제1 부분을 상기 제2 픽셀에 대응하는 상기 광변환 층의 제2 부분과 분리하는 제2 유전체 층;
상기 광변환 층의 제1 및 제2 부분 및 상기 제2 유전체 층 상의 상부 전극; 및
상기 상부 전극 위의 컬러 필터 층을 포함하고,
상기 제2 유전체 층의 굴절률은 상기 광변환 층의 굴절률보다 더 낮은 것인 포토 다이오드. - 포토 다이오드를 형성하는 방법에 있어서,
기판 위에 제1 픽셀에 대응하는 제1 하부 전극 및 제2 픽셀에 대응하는 제2 하부 전극을 형성하는 단계;
상기 제1 하부 전극과 상기 제2 하부 전극 사이에 제1 유전체 층을 형성하는 단계;
상기 제1 하부 전극, 상기 제2 하부 전극 및 상기 제1 유전체 층 위에 제2 유전체 층을 형성하는 단계;
그리드를 형성하기 위해 상기 제2 유전체 층을 패터닝하는 단계;
상기 제1 하부 전극, 상기 제2 하부 전극 및 상기 제1 유전체 층 위에 그리고 상기 그리드 내에 광변환 층을 형성하는 단계;
상기 광변환 층 및 상기 제2 유전체 층 상에 상부 전극을 형성하는 단계;
상기 상부 전극 위에 제3 유전체 층을 형성하는 단계;
상기 그리드를 형성하기 위해 상기 제3 유전체 층을 패터닝하는 단계; 및
상기 상부 전극 위 및 상기 그리드 내에 컬러 필터 층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 제3 유전체 층의 적어도 일부는 제1 픽셀에 대응하는 상기 컬러 필터 층의 제1 부분을 제2 픽셀에 대응하는 상기 컬러 필터 층의 제2 부분과 분리하고, 상기 제3 유전체 층의 굴절률은 상기 컬러 필터 층의 굴절률보다 더 낮은 것인 포토 다이오드의 형성 방법.
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