KR102554417B1 - 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

신뢰성 및 효율이 향상된 이미지 센서를 제공한다. 본 발명에 따른 이미지 센서는, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 반도체 기판, 반도체 기판을 적어도 부분적으로 관통하는 소자 분리 트렌치를 채우는 소자 분리 영역 및 소자 분리 영역에 의하여 정의되며 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 광전 변환 영역, 및 반도체 기판의 일면 상에서 복수의 광전 변환 영역 각각에 대응되며 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 마이크로 렌즈를 포함한다.

Description

이미지 센서{Image sensor}
본 발명은 이미지 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로 렌즈를 가지는 이미지 센서에 관한 것이다.
화상을 촬영하여 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대전화용 카메라 및 휴대용 캠코더와 같은 일반 소비자용 전자기기뿐만 아니라, 자동차, 보안장치 및 로봇에 장착되는 카메라에도 사용된다.
일반적으로 이미지 센서는 반도체 제조 공정을 통해서 생산될 수 있다. 이미지 센서는 광 감지 소자뿐만 아니라 광 감지 소자를 제어하기 위한 트랜지스터 및 픽셀 어레이를 구동하기 위한 회로들을 포함할 수 있고, 이들 각각은 반도체 제조 공정을 통해서 형성될 수 있다. 광 감지 소자가 형성된 반도체 층의 일면에 트랜지스터 및 배선층을 형성하고, 상기 반도체 층의 다른 면으로 빛을 입사시키는 후면 조사형(backside illuminated) 이미지 센서가 알려져 있다.
본 발명의 기술적 과제는 신뢰성 및 효율이 향상된 이미지 센서를 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 이미지 센서를 제공한다.
본 발명에 따른 이미지 센서는, 제1 영역과 제2 영역을 가지는 반도체 기판, 상기 반도체 기판을 적어도 부분적으로 관통하는 소자 분리 트렌치를 채우는 소자 분리 영역 및 상기 소자 분리 영역에 의하여 정의되며 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 광전 변환 영역, 및 상기 반도체 기판의 일면 상에서 상기 복수의 광전 변환 영역 각각에 대응되며 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 마이크로 렌즈를 포함한다.
본 발명에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판, 상기 반도체 기판을 적어도 부분적으로 관통하는 소자 분리 트렌치의 내벽 상을 콘포말하게 덮는 절연 라이너 및 상기 절연 라이너 상에서 상기 소자 분리 트렌치를 채우는 도전성 매립층으로 이루어지는 소자 분리 영역, 상기 소자 분리 영역에 의하여 정의되며 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 광전 변환 영역, 및 상기 반도체 기판의 일면 상에서 상기 복수의 광전 변환 영역 각각에 대응되며, 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 마이크로 렌즈를 포함한다.
본 발명에 따른 이미지 센서는, 반도체 기판, 상기 반도체 기판을 적어도 부분적으로 관통하는 소자 분리 트렌치를 채우는 소자 분리 영역 및 상기 소자 분리 영역에 의하여 정의되며 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 광전 변환 영역, 상기 반도체 기판의 일면 상에서 상기 복수의 광전 변환 영역 각각에 대응되며 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 마이크로 렌즈, 상기 반도체 기판의 타면 상에서 복수의 층들의 적층 구조를 가지는 내부 배선 구조, 및 상기 반도체 기판의 타면 상에서 상기 내부 배선 구조를 커버하는 층간 절연막을 포함하며, 상기 복수의 마이크로 렌즈 및 상기 복수의 광전 변환 영역 중 서로 대응되는 마이크로 렌즈 및 광전 변화 영역 중 적어도 일부의 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서의 중심은 상기 반도체 기판의 일면에 수직한 방향을 따라서 서로 일치한다.
본 발명에 따른 이미지 센서는 반도체 기판을 적어도 부분적으로 관통하는 소자 분리 트렌치, 및 복수의 마이크로 렌즈 각각 사이의 경계의 노치 구조가 적어도 일방향을 따라서 직선으로 연장되지 않고 굴곡을 가지며 연장될 수 있다. 따라서, 소자 분리 트렌치에 기인하여 크랙 전파이 되는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 이미지 센서는 적어도 일부 영역에서, 소자 분리 트렌치의 일부분과 복수의 마이크로 렌즈 각각 사이의 경계의 노치 구조의 일부분이 반도체 기판의 일면에 수직한 방향을 따라서 서로 중첩되지 않을 수 있다. 따라서 소자 분리 트렌치 및 복수의 마이크로 렌즈 각각 사이의 경계의 노치 구조에 집중되는 스트레스가 분산될 수 있다. 따라서 크랙 전파 또는 스트레스에 기인하여 손상되는 것을 방지할 수 있어 신뢰성이 향상된 이미지 센서를 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서는, 소자 분리 영역이 가지는 도전성 매립층이 광반사가 가능한 도전물질로 이루어지므로, 복수의 광전 변환 영역 각각의 광 집속 성능이 향상되어, 이미지 센서의 광 감지 효율이 향상될 수 있다. 또한 도전성 매립층이 전기적으로 하나의 몸체 구조를 가지므로, 이미지 센서에 ESD 멍 불량이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 확대 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 요부를 주요 구성 요소의 평면 배치도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 요부를 주요 구성 요소의 평면 배치도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 요부를 주요 구성 요소의 평면 배치도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 요부를 주요 구성 요소의 평면 배치도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 제조하는 과정을 나타내는 단면도들이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 제조하는 과정을 나타내는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서가 포함하는 단위 화소를 나타내는 회로도이다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 구성을 나타내는 블록도 이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 확대 단면도이다. 구체적으로, 도 2는 도 1의 II 부분을 나타내는 확대 단면도이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 이미지 센서(100)는 제1 영역(CR) 및 제2 영역(ER)을 가지는 반도체 기판(110)을 포함할 수 있다. 반도체 기판(110)은 서로 반대되는 제1 면(110F) 및 제2 면(110B)을 포함할 수 있다. 여기서는, 편의상 상부에 마이크로 렌즈(186)가 배치되는 반도체 기판(110)의 표면을 제2 면(110B)으로, 제2 면(110B)에 반대되는 면을 제1 면(110F)으로 지칭하였다. 또한, 편의상 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 몇 제1 면(110F)을 각각 반도체 기판(110)의 일면 및 타면으로 지칭할 수도 있다.
반도체 기판(110)은, 예컨대 각각 벌크(bulk) 기판, 에피텍셜(epitaxial) 기판 또는 SOI(silicon on insulator) 기판 중 어느 하나일 수 있다. 반도체 기판(110)은 예를 들면, 실리콘(Si, silicon)을 포함할 수 있다. 또는 반도체 기판(110)은 저머늄(Ge, germanium)과 같은 반도체 원소, 또는 SiC (silicon carbide), GaAs(gallium arsenide), InAs (indium arsenide), 및 InP (indium phosphide)와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 반도체 기판(110)은 제1 도전형을 가지는 반도체 기판을 포함할 수 있다. 예를 들면, 반도체 기판(110)은 P형 실리콘 기판으로 이루어질 수 있다. 일부 실시 예에서, 반도체 기판(110)은 P형 벌크 기판과 그 위에 성장된 P형 또는 N형 에피층을 포함할 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 반도체 기판(110)은 N형 벌크 기판과, 그 위에 성장된 P형 또는 N형 에피층을 포함할 수 있다. 또 다른 일부 실시 예에서, 반도체 기판(110)은 유기(organic) 플라스틱 기판으로 이루어질 수 있다.
반도체 기판(110) 내에는 복수의 광전 변환 영역(120)이 배치될 수 있다. 복수의 광전 변환 영역(120)은 각각 포토다이오드 영역(122)과, 웰 영역(PW)을 포함할 수 있다.
이미지 센서(100)는 복수의 광전 변환 영역(120)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 제1 영역(CR)은 복수의 광전 변환 영역(120) 중 상대적으로 중심 부분에 배치되는 광전 변환 영역(120)들을 포함하고, 제2 영역(ER)은 상대적으로 외곽에 배치되는 광전 변환 영역(120)들을 포함할 수 있다. 제1 영역(CR)과 제2 영역(ER)은, 복수의 광전 변환 영역(120) 중 상대적으로 다른 부분에 배치된 광전 변환 영역(120)들을 구분하는 것이고, 특정 영역을 한정하는 것은 아니다.
복수의 광전 변환 영역(120)은 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 복수의 광전 변환 영역(120)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라 열을 이루며 배열될 수 있다. 복수의 광전 변환 영역(120)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 및 제2 면(110B)에 평행한 평면(X-Y 평면)에서 육각(hexagonal) 배열을 이룰 수 있다.
본 명세서에서 특별히 언급되지 않는 한, "평면"이라는 것은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 및 제2 면(110B)에 평행한 평면(X-Y 평면)을 의미한다.
일부 실시 예에서, 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 평면 형상은, 대체적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다. 다른 일부 실시 에에서, 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 평면 형상은, 대체적으로 육각형 형상을 가질 수 있다.
본 명세서에서 평면 형상이라는 것은, 수직 방향(Z 방향)을 따라서 대체로 일정한 형상을 가지는 구성 요소의 평면에서의 형상을 의미한다.
본 명세서에서, 대체적으로 직사각형 형상, 또는 대체적으로 육각형 형상이라는 것은, 직사각형 형상 또는 육각형 형뿐만 아니라, 모서리가 라운드진 직사각형 형상 또는 모서리가 라운드진 육각형 형상 등, 직사각형 형상 또는 육각형 형상에서 다소 변형이 있는 형상 또한 가능하다는 것을 의미한다.
일부 실시 예에서, 복수의 광전 변환 영역(120)은, 평면 형상이 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 엇갈린(staggered) 배열을 이룰 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 광전 변환 영역(120)은, 평면 형상이 대체적으로 육각형 형상을 가지고, 벌집(honeycomb) 배열을 이룰 수 있다.
복수의 광전 변환 영역(120) 중 하나와 이에 인접한 광전 변환 영역(120) 사이에는 소자 분리 영역(124)이 배치될 수 있다. 소자 분리 영역(124)은 복수의 광전 변환 영역(120) 각각 사이에 배치될 수 있으며, 평면에서 메쉬 형상을 가질 수 있다. 소자 분리 영역(124)은 반도체 기판(110)을 적어도 부분적으로 관통하는 소자 분리 트렌치(124T) 내부에 형성될 수 있다. 일부 실시 예에서, 소자 분리 트렌치(124T)는 반도체 기판(110)을 제2 면(110B)으로부터 제1 면(110F)을 향하여 부분적으로 관통할 수 있다. 소자 분리 영역(124)은 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 광전 변환 영역(120) 각각 사이에 배치되며, 평면에서 메쉬 형상으로 배열될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 소자 분리 영역(124)은 소자 분리 트렌치(124T)의 내벽 상에 콘포말하게 형성되는 후면 절연층(backside insulation layer)(124I)과, 후면 절연층(124I) 상에서 소자 분리 트렌치(124T) 내부를 채우는 매립 절연층(buried insulation layer)(126)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 후면 절연층(124I)은 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 탄탈륨 산화물 등과 같은 음의 고정 전하층(negative fixed charge layer)으로 작용할 수 있는 금속 산화물을 포함할 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예들에서, 후면 절연층(124I)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등의 절연 물질을 포함할 수 있다. 매립 절연층(126)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등의 절연 물질을 포함할 수 있다.
후면 절연층(124I)과 매립 절연층(126)은 소자 분리 트렌치(124T) 내부로부터 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 후면 절연층(124I)이 소자 분리 트렌치(124T) 내벽 및 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상에 콘포말하게 덮고, 매립 절연층(126)은 후면 절연층(124I) 상에서 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 전체를 커버할 수 있다. 후면 절연층(124I) 중 소자 분리 트렌치(124T)의 내벽을 콘포말하게 덮는 부분을 절연 라이너라 호칭할 수도 있다.
다른 일부 실시 예에서, 후면 절연층(124I)이 소자 분리 트렌치(124T) 내부를 채우도록 충분히 두꺼운 두께로 형성될 수 있다. 이러한 경우에 매립 절연층(126)은 소자 분리 트렌치(124T) 내부에 형성되지 않고 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상의 후면 절연층(124I)을 커버하도록 형성될 수 있다.
반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 상에는 제1 내부 배선 구조(130)가 배치될 수 있다. 제1 내부 배선 구조(130)는 복수의 층들의 적층 구조로 형성될 수 있다. 제1 내부 배선 구조(130)는 불순물이 도핑되거나 도핑되지 않은 폴리실리콘, 금속, 금속 실리사이드, 금속 질화물, 또는 금속 함유막 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 내부 배선 구조(130)는 텅스텐, 알루미늄, 구리, 텅스텐 실리사이드, 티타늄 실리사이드, 텅스텐 질화물, 티타늄 질화물, 도핑된 폴리실리콘 등을 포함할 수 있다.
제1 층간 절연막(134)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 상에서 제1 내부 배선 구조(130)를 커버하도록 배치될 수 있다. 제1 층간 절연막(134)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등의 절연 물질을 포함할 수 있다.
반도체 기판(110)의 제1 면(110F)에는 활성 영역(112) 및 플로팅 확산 영역(floating diffusion region)(FD)을 정의하는 소자 분리막(STI)이 배치될 수 있다. 소자 분리 트렌치(124T)의 저면에는 소자 분리막(STI)이 노출될 수 있다. 즉, 소자 분리 트렌치(124T)를 채우는 소자 분리 영역(124)은 소자 분리 트렌치(124T)의 저면에서 소자 분리막(STI)과 접할 수 있다. 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 상에는 복수의 트랜지스터들을 구성하는 게이트 전극들(도시 생략)이 형성될 수 있고, 제1 내부 배선 구조(130)는 상기 게이트 전극들 또는 활성 영역(112)과 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 게이트 전극들은 제1 층간 절연막(134)에 의해 커버될 수 있다.
예를 들어, 상기 복수의 트랜지스터들은 광전 변환 영역(120)에서 생성된 전하를 플로팅 확산 영역(FD)에 전송하도록 구성되는 전송 트랜지스터(TG), 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 저장되어 있는 전하를 주기적으로 리셋시키도록 구성되는 리셋 트랜지스터(도시 생략), 소스 팔로워 버퍼 증폭기(source follower buffer amplifier) 역할을 하며 상기 플로팅 확산 영역(FD)에 충전된 전하에 따른 신호를 버퍼링하도록 구성되는 드라이브 트랜지스터(도시 생략), 및 광전 변환 영역(120)을 선택하기 위한 스위칭 및 어드레싱 역할을 하는 선택 트랜지스터(도시 생략)를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 복수의 트랜지스터들이 이에 한정되는 것은 아니다.
매립 절연층(126) 상에는 가이드 패턴(162)이 형성될 수 있다. 평면적으로 가이드 패턴(162)은 소자 분리 영역(124)과 유사하게 메쉬 형상을 가질 수 있다. 가이드 패턴(162)은 하나의 광전 변환 영역(120)으로 경사각을 가지며 입사하는 빛이 인접한 광전 변환 영역(120) 내로 진입하는 것을 방지할 수 있다. 가이드 패턴(162)은 예를 들어, 텅스텐, 알루미늄, 티타늄, 루테늄, 코발트, 니켈, 구리, 금, 은, 또는 백금 중 적어도 하나의 금속 물질을 포함할 수 있다.
반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상에는 매립 절연층(126)과 가이드 패턴(162)을 커버하는 패시베이션층(182)이 배치될 수 있고, 패시베이션층(182) 상에 복수의 컬러 필터(184)와 복수의 마이크로 렌즈(186)가 배치될 수 있다. 선택적으로, 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 상에는 지지 기판(188)이 배치될 수 있다.
복수의 컬러 필터(184)는 예를 들면, R(red) 필터, B(blue) 필터 및 G(green) 필터를 포함할 수 있다. 또는 복수의 컬러 필터(184)는 C(cyan) 필터, Y(yellow) 필터 및 M(Magenta) 필터를 포함할 수 있다. 각 광전 변환 영역(120) 상에는 R 필터, B 필터 및 G 필터 중 하나의 칼라 필터(125), 또는 C 필터, Y 필터 및 M 필터 중 하나의 컬러 필터(184)가 형성되어, 각 광전 변환 영역(120)은 분리된 입사광의 성분을 감지하여 하나의 색을 인식할 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186) 각각은 입사광을 복수의 광전 변환 영역(120) 각각에 집광시킬 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(186)는 엠보싱(embossing) 구조를 가지고, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각 사이의 경계에는 노치(notch) 구조(NT)를 가질 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186) 각각은 입사광을 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 포토다이오드 영역(122)에 집광시킬 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(186)는 예를 들면, TMR 계열의 수지 (Tokyo Ohka Kogyo, Co. 제품) 또는 MFR 계열의 수지 (Japan Synthetic Rubber Corporation 제품)으로 이루어질 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186)는 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186)는 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라 열을 이루며 배열될 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면은, 대체적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면은, 대체적으로 육각형 형상을 가질 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186) 각각은, 하면이 직사각형 형상 또는 육각형 형상을 가지고, 상측으로 가면서 점차적으로 평면 형상이 원형 형상에 가까워질 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각은, 수직 방향(Z 방향)으로의 단면이 반구형일 수 있다.
일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186)는 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각은, 하면이 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 엇갈린 배열을 이룰 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각은, 하면이 대체적으로 육각형 형상을 가지고 벌집 배열을 이룰 수 있다.
일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 평면 형상은 대체적으로 동일한 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면 및 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 평면 형상은, 대체적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다. 또는 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면 및 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 평면 형상은, 대체적으로 육각형 형상을 가질 수 있다.
다른 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 평면 형상은 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면은 대체적으로 직사각형 형상을 가지고, 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 평면 형상은 대체적으로 육각형 형상을 가질 수 있다. 또는 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면은 대체적으로 육각형 형상을 가지고, 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 평면 형상은, 대체적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다.
일부 실시 예에서, 복수의 컬러 필터(184)는 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있다. 예를 들면, 복수의 컬러 필터(184)는 평면에서, 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 엇갈린 배열을 이룰 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 컬러 필터(184)는 평면에서, 대체적으로 육각형 형상을 가지고 벌집 구조 배열을 이룰 수 있다.
복수의 컬러 필터(184) 각각은 복수의 광전 변환 영역(120) 각각 및 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각 중 적어도 하나와 대체적으로 동일한 형상을 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120) 각각이 대체적으로 동일한 형상을 가지는 경우, 복수의 컬러 필터(184) 각각도 대체적으로 동일한 형상을 가질 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120) 각각이 다른 형상을 가지는 경우, 복수의 컬러 필터(184) 각각은 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면 및 복수의 광전 변환 영역(120) 각각 중 어느 하나와 대체적으로 동일한 형상을 가지고, 다른 하나와는 다른 형상을 가질 수 있다.
제1 영역(CR)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 및 복수의 광전 변환 영역(120) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186) 및 광전 변환 영역(120) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 일치할 수 있다.
제2 영역(ER)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 및 복수의 광전 변환 영역(120) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186) 및 광전 변환 영역(120) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 일치하지 않고, 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 방향으로 제1 거리(D1)를 가지고 서로 이격될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 요부를 주요 구성 요소의 평면 배치도이다.
도 1 및 도 3을 함께 참조하면, 이미지 센서(100)는 제1 영역(CR) 및 제2 영역(ER)을 포함할 수 있다. 이미지 센서(100)는 소자 분리 영역(124)에 의하여 정의되는 복수의 광전 변환 영역(120), 및 복수의 광전 변환 영역(120) 상에 위치하는 복수의 마이크로 렌즈(186)을 포함한다.
복수의 광전 변환 영역(120)은 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 복수의 광전 변환 영역(120)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라 열을 이루며 배열될 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 평면 형상은 대체적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다.
복수의 광전 변환 영역(120)은 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있다. 예를 들면, 복수의 광전 변환 영역(120)의 평면 형상은, 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 엇갈린 배열을 이룰 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186)는 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186)는 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라 열을 이루며 배열될 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각과 복수의 광전 변환 영역(120) 각각은 대체적으로 동일한 형상을 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면은, 대체적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186)는 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186)은, 하면이 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 엇갈린 배열을 이룰 수 있다.
제1 영역(CR)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 및 복수의 광전 변환 영역(120) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186) 및 광전 변환 영역(120) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 일치할 수 있다.
제1 영역(CR)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각 사이의 경계와 소자 분리 영역(124)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 중첩될 수 있다.
제2 영역(ER)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 및 복수의 광전 변환 영역(120) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186) 및 광전 변환 영역(120) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 일치하지 않고, 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 방향으로 제1 거리(D1)를 가지고 서로 이격될 수 있다.
제2 영역(ER)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각 사이의 경계의 일부분과 소자 분리 영역(124)의 일부분은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 중첩되지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서(100)는 소자 분리 영역(124)을 형성하기 위하여 반도체 기판(110)을 적어도 부분적으로 관통하는 소자 분리 트렌치(124T), 및 엠보싱 구조를 가지는 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각 사이의 경계의 노치 구조(NT)가 적어도 일방향(예를 들면, X 방향)을 따라서 직선으로 연장되지 않고 굴곡을 가지며 연장될 수 있다. 따라서, 소자 분리 트렌치(124T)에 기인하여 크랙 전파(crack propagation)이 되는 것을 최소화할 수 있어, 크랙 전파에 의하여 손상되는 것을 방지하여 신뢰성이 향상된 이미지 센서(100)를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 이미지 센서(100)는 적어도 일부 영역(예를 들면, 제2 영역(ER)에서, 소자 분리 트렌치(124T)의 일부분과 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각 사이의 경계의 노치 구조(NT)의 일부분이 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 중첩되지 않을 수 있다. 따라서, 소자 분리 트렌치(124T) 및 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각 사이의 경계의 노치 구조(NT)에 집중되는 스트레스가 분산될 수 있어, 스트레스에 기인하여 손상되는 것을 방지하여 신뢰성이 향상된 이미지 센서(100)를 제공할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 요부를 주요 구성 요소의 평면 배치도이다. 도 4에는 도 1 및 도 3에 보인 마이크로 렌즈(186) 대신에 마이크로 렌즈(186a)가 도시된다.
도 4를 참조하면, 이미지 센서(100a)는 제1 영역(CR) 및 제2 영역(ER)을 포함할 수 있다. 이미지 센서(100a)는 소자 분리 영역(124)에 의하여 정의되는 복수의 광전 변환 영역(120), 및 복수의 광전 변환 영역(120) 상에 위치하는 복수의 마이크로 렌즈(186a)을 포함한다.
복수의 광전 변환 영역(120)은 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 복수의 광전 변환 영역(120)은 반도체 기판(도 1의 110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라 열을 이루며 배열될 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 평면 형상은 대체적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다.
복수의 광전 변환 영역(120)은 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있다. 예를 들면, 복수의 광전 변환 영역(120) 각각은, 평면 형상이 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 엇갈린 배열을 이룰 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186a)는 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186a)는 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라 지그재그로 배열될 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(186a) 각각과 복수의 광전 변환 영역(120) 각각은 다른 형상을 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면은, 대체적으로 육각형 형상을 가질 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186a)는 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186a)는, 하면이 대체적으로 육각형 형상을 가지고 벌집 배열을 이룰 수 있다.
제1 영역(CR)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186a) 및 복수의 광전 변환 영역(120) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186a) 및 광전 변환 영역(120) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 일치할 수 있다.
제2 영역(ER)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186a) 및 복수의 광전 변환 영역(120) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186a) 및 광전 변환 영역(120) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 일치하지 않고, 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 방향으로 제1 거리(D1)를 가지고 서로 이격될 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186a)의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120)은 서로 다른 형상을 가지므로, 제1 영역(CR) 및 제2 영역(ER) 모두에서, 복수의 마이크로 렌즈(186a) 각각 사이의 경계의 일부분과 소자 분리 영역(124)의 일부분은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 중첩되지 않을 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서(100a)는, 제1 영역(CR) 및 제2 영역(ER) 모두에서 소자 분리 트렌치(124T)의 일부분과 복수의 마이크로 렌즈(186a) 각각 사이의 경계의 노치 구조(NT)의 일부분이 반도체 기판(110)의 상면에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 중첩되지 않을 수 있다. 따라서, 소자 분리 트렌치(124T) 및 복수의 마이크로 렌즈(186a) 각각 사이의 경계의 노치 구조(NT)에 집중되는 스트레스가 분산될 수 있어, 스트레스에 기인하여 손상되는 것을 방지하여 신뢰성이 향상된 이미지 센서(100a)를 제공할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 요부를 주요 구성 요소의 평면 배치도이다. 도 5에는 도 4에 보인 광전 변환 영역(120), 소자 분리 영역(124), 및 소자 분리 트렌치(124T) 대신에 광전 변환 영역(120a). 소자 분리 영역(124a) 및 소자 분리 트렌치(124Ta)이 도시된다.
도 5를 참조하면, 이미지 센서(100b)는 제1 영역(CR) 및 제2 영역(ER)을 포함할 수 있다. 이미지 센서(100b)는 소자 분리 영역(124a)에 의하여 정의되는 복수의 광전 변환 영역(120a), 및 복수의 광전 변환 영역(120a) 상에 위치하는 복수의 마이크로 렌즈(186a)을 포함한다.
복수의 광전 변환 영역(120a)은 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 복수의 광전 변환 영역(120a)은 반도체 기판(도 1의 110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라서 지그재그로 배열될 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 광전 변환 영역(120a) 각각의 평면 형상은, 대체적으로 육각형 형상을 가질 수 있다.
복수의 광전 변환 영역(120a)은 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있다. 예를 들면, 복수의 광전 변환 영역(120a)은, 평면 형상이 대체적으로 육각형 형상을 가지고 벌집 배열을 이룰 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186a)는 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186a)는 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라서 지그재그로 배열될 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(186a) 각각의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120a) 각각은 대체적으로 동일한 형상을 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186a) 각각의 하면은, 대체적으로 육각형 형상을 가질 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186a)는 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186a)는, 하면이 대체적으로 육각형 형상을 가지고 벌집 배열을 이룰 수 있다.
제1 영역(CR)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186a) 및 복수의 광전 변환 영역(120a) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186a) 및 광전 변환 영역(120a) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 일치할 수 있다.
제1 영역(CR)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186a) 각각 사이의 경계와 소자 분리 영역(124a)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 중첩될 수 있다.
제2 영역(ER)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186a) 및 복수의 광전 변환 영역(120a) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186a) 및 광전 변환 영역(120a) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 일치하지 않고, 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 방향으로 제1 거리(D1)를 가지고 서로 이격될 수 있다.
제2 영역(ER)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186a) 각각 사이의 경계의 일부분과 소자 분리 영역(124a)의 일부분은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 중첩되지 않을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 요부를 주요 구성 요소의 평면 배치도이다. 도 6에는 도 1 및 도 3에 보인 광전 변환 영역(120), 소자 분리 영역(124), 및 소자 분리 트렌치(124T) 대신에 광전 변환 영역(120a). 소자 분리 영역(124a) 및 소자 분리 트렌치(124Ta)이 도시된다.
도 6을 참조하면, 이미지 센서(100c)는 제1 영역(CR) 및 제2 영역(ER)을 포함할 수 있다. 이미지 센서(100c)는 소자 분리 영역(124a)에 의하여 정의되는 복수의 광전 변환 영역(120a), 및 복수의 광전 변환 영역(120a) 상에 위치하는 복수의 마이크로 렌즈(186)을 포함한다.
복수의 광전 변환 영역(120a)은 반도체 기판(110a) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 복수의 광전 변환 영역(120a)은 반도체 기판(도 1의 110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라서 지그재그로 배열될 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 광전 변환 영역(120a) 각각의 평면 형상은 대체적으로 육각형 형상을 가질 수 있다.
복수의 광전 변환 영역(120a)은 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있다. 예를 들면, 복수의 광전 변환 영역(120a)은, 평면 형상이 대체적으로 육각형 형상을 가지고 벌집 배열을 이룰 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186)는 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186)는 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라 열을 이루며 배열될 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120) 각각은 대체적으로 동일한 형상을 가질 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면은, 대체적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186)는 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186)는, 하면이 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 엇갈린 배열을 이룰 수 있다.
제1 영역(CR)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 및 복수의 광전 변환 영역(120a) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186) 및 광전 변환 영역(120a) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 일치할 수 있다.
제2 영역(ER)에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 및 복수의 광전 변환 영역(120a) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186) 및 광전 변환 영역(120a) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 일치하지 않고, 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 방향으로 제1 거리(D1)를 가지고 서로 이격될 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186)의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120a)은 서로 다른 형상을 가지므로, 제1 영역(CR) 및 제2 영역(ER) 모두에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각 사이의 경계의 일부분과 소자 분리 영역(124a)의 일부분은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 중첩되지 않을 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다. 도 7에는 도 1에 보인 소자 분리 영역(124) 및 매립 절연층(126) 대신에 소자 분리 영역(124a), 도전성 매립층(124C) 및 커버 절연층(126a)이 도시된다.
도 7을 참조하면, 이미지 센서(102)는 제1 영역(CR) 및 제2 영역(ER)을 포함할 수 있다. 이미지 센서(102)는 복수의 광전 변환 영역(120)을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 제1 영역(CR)은 복수의 광전 변환 영역(120) 중 상대적으로 중심 부분에 배치되는 광전 변환 영역(120)들을 포함하고, 제2 영역(ER)은 상대적으로 외곽에 배치되는 광전 변환 영역(120)들을 포함할 수 있다.
복수의 광전 변환 영역(120)은 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 복수의 광전 변환 영역(120)은 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 광전 변환 영역(120)은, 평면 형상이 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 엇갈린 배열을 이룰 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 광전 변환 영역(120)은, 도 4 및 도 5에 보인 복수의 광전 변환 영역(120a)과 같이 평면 형상이 대체적으로 육각형 형상을 가지고, 벌집 배열을 이룰 수 있다.
복수의 광전 변환 영역(120) 중 하나와 이에 인접한 광전 변환 영역(120) 사이에는 소자 분리 영역(124a)이 배치될 수 있다. 소자 분리 영역(124a)은 복수의 광전 변환 영역(120) 각각 사이에 배치될 수 있으며, 평면에서 메쉬 형상을 가질 수 있다. 소자 분리 영역(124a)은 반도체 기판(110)을 적어도 부분적으로 관통하는 소자 분리 트렌치(124T) 내부에 형성될 수 있다. 복수의 소자 분리 영역(124a)은 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 광전 변환 영역(120) 각각 사이에 배치되며, 평면에서 메쉬 형상으로 배열될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 소자 분리 영역(124a)은 소자 분리 트렌치(124T)의 내벽 상에 콘포말하게 덮는 후면 절연층(124I)과, 후면 절연층(124I) 상에서 소자 분리 트렌치(124T) 내부를 채우는 도전성 매립층(124C)을 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에서, 도전성 매립층(124C)은 도전물로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 도전성 매립층(124C)은 폴리실리콘(Poly-Si) 또는 불순물이 도핑된 폴리실리콘(Doped Poly-Si)으로 형성될 수 있다. 그러나 도전성 매립층(124C)의 재질이 상기 물질들에 한정되는 것은 아니다. 도전성 매립층(124C)은 후면 절연층(124I) 상에서, 분리 트렌치(124T) 내부를 갭필(gap fill) 할 수 있는 모든 도전물질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 도전성 매립층(124C)은 메탈, 메탈실리사이드, 메탈함유 도전물질 중 적어도 하나로 형성될 수 있다.
후면 절연층(124I)은 소자 분리 트렌치(124T) 내부로부터 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 후면 절연층(124I)이 소자 분리 트렌치(124T) 내벽 및 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상에 콘포말하게 형성될 수 있다. 후면 절연층(124I) 중 소자 분리 트렌치(124T)의 내벽을 콘포말하게 덮는 부분을 절연 라이너라 호칭할 수도 있다.
일부 실시 예에서, 도전성 매립층(124C)은 광반사가 가능한 도전물질로 이루어질 수 있다. 따라서, 도전성 매립층(124C)에 의하여 포위되는 광전 변환 영역(120)으로 입사된 광은, 도전성 매립층(124C)에서 반사되어 인접하는 다른 광전 변환 영역(120)으로 전파되지 않고, 해당 광전 변환 영역(120)에서 흡수될 수 있다. 따라서, 이미지 센서(102)가 가지는 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 광 집속 성능이 향상되어, 이미지 센서(102)의 광 감지 효율이 향상될 수 있다.
다른 일부 실시 예에서, 도전성 매립층(124C)은 전기적으로 하나의 몸체 구조를 가질 수 있다. 도전성 매립층(124C)에는 그라운드 또는 마이너스 전압이 인가되어, 이미지 센서(102)의 ESD(electrostatic discharge) 멍(bruise) 불량의 발생을 효과적으로 방지할 수 있다. 여기서, ESD 멍 불량은 ESD 등에 의해 발생한 전하들이 이미지 센서(102) 내에 축적됨으로써, 이미지에 멍과 같은 얼룩이 발생하는 불량을 의미할 수 있다.
후면 절연층(124I)은 소자 분리 트렌치(124T) 내부로부터 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 후면 절연층(124I)은 소자 분리 트렌치(124T) 내벽 및 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상에 콘포말하게 덮을 수 있다. 커버 절연층(126a)은 후면 절연층(124I) 및 도전성 매립층(124C) 상에서 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 전체를 커버할 수 있다.
커버 절연층(126a) 상에는 가이드 패턴(162)이 형성될 수 있다. 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상에는 커버 절연층(126a)과 가이드 패턴(162)을 커버하는 패시베이션층(182)이 배치될 수 있고, 패시베이션층(182) 상에 복수의 컬러 필터(184)와 복수의 마이크로 렌즈(186)가 배치될 수 있다. 선택적으로, 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 상에는 지지 기판(188)이 배치될 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186)는 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186)는 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라 열을 이루며 배열될 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈(186)의 하면은 육각 배열을 이룰 수 있다.
일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면은, 대체적으로 직사각형 형상을 가질 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면은, 도 4 및 도 5에 보인 복수의 마이크로 렌즈(186a)와 같이 대체적으로 육각형 형상을 가질 수 있다.
예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186)는, 하면이 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 어긋난(staggered) 구조의 배열을 이룰 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186)는, 하면이 대체적으로 육각형 형상을 가지고 벌집 배열을 이룰 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다. 도 8에는 도 1에 보인 소자 분리 영역(124), 후면 절연층(124I), 소자 분리 트렌치(124T), 및 매립 절연층(126) 대신에, 소자 분리 영역(124b), 소자 분리 절연층(124Ia), 소자 분리 트렌치(124Tb), 및 커버 절연층(126b)이 도시된다.
도 8를 참조하면, 이미지 센서(104)에서, 소자 분리 영역(124b)은 반도체 기판(110)의 제1 면(110F)으로부터 제2 면(110B)까지 반도체 기판(110)을 완전히 관통하도록 배치될 수 있다. 소자 분리 트렌치(124Tb)는 반도체 기판(110)을 제1 면(110F)로부터 제2 면(110B)까지 관통할 수 있다. 소자 분리 영역(124b)은 소자 분리 트렌치(124Tb)의 내부를 채우는 소자 분리 절연층(124Ia)을 포함할 수 있다. 커버 절연층(126b)은 소자 분리 트렌치(124Tb) 내부에는 형성되지 않고 반도체 기판(110)의 제2 면(110B)의 전체 면적 상에 형성될 수 있다.
일부 실시 예에서, 소자 분리 절연층(124Ia)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물 등의 절연 물질을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에서, 절연 라이너(도시 생략)가 소자 분리 트렌치(124Tb) 내벽 상에 콘포말하게 덮도록 형성되고, 소자 분리 절연층(124Ia)이 상기 절연 라이너 상에서 소자 분리 트렌치(124Tb)를 채울 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다. 도 9에는 도 8에 보인 소자 분리 영역(124b), 소자 분리 절연층(124Ia), 대신에, 소자 분리 영역(124ba), 절연 라이어(124Ib), 및 도전성 매립층(124Ca)이 도시된다.
도 9를 참조하면, 이미지 센서(104)에서, 소자 분리 영역(124ba)은 소자 분리 트렌치(124Tb) 내벽 상에 콘포말하게 덮는 절연 라이너(124Ib)와, 절연 라이너(124Ib) 상에서 소자 분리 트렌치(124Tb)를 채우는 도전성 매립층(124Ca)을 포함할 수 있다.
일부 실시 예에서, 도전성 매립층(124Ca)은 광반사가 가능한 도전물질로 이루어질 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 도전성 매립층(124Ca)은 전기적으로 하나의 몸체 구조를 가질 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
도 10을 참조하면, 이미지 센서(108)은 반도체 기판(110)과 하부 기판(210)이 서로 접착된 적층형 구조를 가질 수 있다. 이미지 센서(108)에서 하부 기판(210), 게이트 구조물(216), 제2 내부 배선 구조(220) 및 제2 층간 절연막(224)을 제외한 부분은 도 1에 이미지 센서(100)에서 지지 기판(188)을 제외한 부분과 대체로 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
하부 기판(210)에는 소자 분리막(214)에 의해 한정되는 하부 활성 영역(212)이 형성될 수 있다. 하부 기판(210) 상에는 게이트 구조물(216)이 배치될 수 있다. 게이트 구조물(216)은 복수의 광전 변환 영역(120) 각각의 내에 일정한 신호를 제공하거나, 복수의 광전 변환 영역(120) 각각에서의 출력 신호를 제어하기 위한 복수의 CMOS 트랜지스터를 구성할 수 있다. 예를 들어, 상기 트랜지스터는 타이밍 발생기(timing generator), 행 디코더(row decoder), 행 드라이버(row driver), 상관 이중 샘플러(correlated double sampler: CDS), 아날로그 디지탈 컨버터(analog to digital converter: ADC), 래치부(latch), 열 디코더(column decoder) 등 다양한 종류의 로직 회로를 구성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
하부 기판(210) 상에는 제2 내부 배선 구조(220)가 형성될 수 있다. 제2 내부 배선 구조(220)는 복수의 층들의 적층 구조로 형성될 수 있다. 제2 층간 절연막(224)은 하부 기판(210) 상에서 게이트 구조물(216) 및 제2 내부 배선 구조(220)를 덮도록 배치될 수 있다.
제1 층간 절연막(134)은 제2 층간 절연막(224)에 부착될 수 있다. 일부 실시 예에서, 제1 층간 절연막(134)과 제2 층간 절연막(224)은 산화물-산화물 직접 본딩 방식(oxide-oxide direct bonding method)에 의해 서로 부착될 수 있다. 다른 일부 실시 예에 있어서, 제1 층간 절연막(134)과 제2 층간 절연막(224) 사이에 접착 부재(미도시)가 개재될 수도 있다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 제조하는 과정을 나타내는 단면도들이다. 구체적으로, 도 11 내지 도 15는 도 1 내지 도 3에 보인 이미지 센서(100)를 제조하는 과정은 공정 순서에 따라 도시한 단면도들이며, 도 4 내지 도 6에 보인 이미지 센서(100a, 100b, 100c)를 제조하는 방법 또한 함께 설명한다.
도 11을 참조하면, 서로 반대되는 제1 면(110F)과 제2 면(110B)을 구비하는 반도체 기판(110)을 준비한다.
반도체 기판(110)의 제1 면(110F)으로부터 이온 주입 공정에 의해 예비 광전 변환 영역(120p)과 웰 영역(도 2의 PW)이 형성될 수 있다. 예를 들어, 예비 광전 변환 영역(120p)은 N형 불순물을 도핑하여 형성될 수 있고 상기 웰 영역은 P형 불순물을 도핑하여 형성될 수 있다.
이후, 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 상에 제1 내부 배선 구조(130)와, 제1 내부 배선 구조(130)를 덮는 제1 층간 절연막(134)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 제1 내부 배선 구조(130)과 제1 층간 절연막(134)은 도전층을 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 상에 형성하고 상기 도전층을 패터닝하고, 상기 패터닝된 도전층을 덮도록 절연층을 형성하는 단계들을 수행함에 의해 형성될 수 있다.,
이후, 반도체 기판(110)의 제1 면(110F)의 제1 층간 절연막(134) 상에 지지 기판(188)을 접착시킬 수 있다.
도 12를 참조하면, 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상에 제1 마스크 패턴(도시 생략)을 형성하고, 상기 제1 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 제1 면(110B)으로부터 반도체 기판(110)을 식각하여 소자 분리 트렌치(124T)를 형성할 수 있다. 소자 분리 트렌치(124T)에 의하여 예비 광전 변환 영역(도 11의 120p)은 복수의 광전 변환 영역(120)으로 분리될 수 있다. 복수의 광전 변환 영역(120)은 각각 포토다이오드 영역(122)을 포함할 수 있다.
소자 분리 트렌치(124T)는 평면에서 메쉬 형상을 가질 수 있다. 소자 분리 트렌치(124T)는 복수의 광전 변환 영역(120)이 평면에서 육각 배열을 이룰 수 있도록 형성할 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 광전 변환 영역(120)은, 평면 형상이 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 엇갈린 배열을 이룰 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 광전 변환 영역(120)은, 평면 형상이 대체적으로 육각형 형상을 가지고, 벌집 배열을 이룰 수 있다.
일부 실시 예에 있어서, 소자 분리 트렌치(124T)는 반도체 기판(110)을 완전히 관통하지 않고, 소자 분리 트렌치(124T)의 바닥부가 반도체 기판(110)을 노출하도록 형성될 수 있다
다른 일부 실시 예에서, 소자 분리 트렌치(124T)는 반도체 기판(110)을 완전히 관통하지 않도록 형성되고, 선택적으로 소자 분리 트렌치(124T)의 바닥부에 의해 노출되는 반도체 기판(110) 부분에 이온 주입 공정을 수행하여 소자 분리 트렌치(124T) 아래의 반도체 기판(110) 부분에 불순물 영역(도시 생략)이 더 형성될 수도 있다.
도 13을 참조하면, 반도체 기판(110)의 제2 면(110B), 소자 분리 트렌치(124T)의 내벽 상에 화학 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 공정, 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 공정 등에 의해 절연 물질을 사용하여 소자 분리 트렌치(124T)의 내벽 상 및 제2 면(110B) 상에 후면 절연층(124I)을 형성한다.
이후, 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상에 소자 분리 트렌치(124T)를 채우는 매립 절연층(126)을 형성할 수 있다. 매립 절연층(126)은 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상에도 소정의 두께로 형성될 수 있다.
일부 실시 예에서, 소자 분리 트렌치(124T) 내부를 완전히 채우도록 후면 절연층(124I)을 형성한 후, 후면 절연층(124I) 상에 매립 절연층(126)을 형성할 수 있다.
도 14를 참조하면, 매립 절연층(126) 상에 금속층(도시 생략)을 형성할 수 있다. 상기 금속층은 CVD 공정, ALD 공정, 및/또는 도금 공정 등에 의해 티타늄, 티타늄 질화물, 탄탈륨, 탄탈륨 질화물, 티타늄 텅스텐, 텅스텐, 알루미늄, 코발트, 니켈, 구리와 같은 금속 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 이후, 제2 마스크 패턴(도시 생략)을 형성하고, 상기 제2 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 금속층을 패터닝하여 가이드 패턴(162)을 형성할 수 있다.
도 15을 참조하면, 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상에 가이드 패턴(162)을 덮는 패시베이션층(182)을 형성한다.
이후 도 1을 다시 참조하면, 패시베이션층(182) 상에 컬러 필터(184)와 마이크로렌즈(186)를 형성할 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186)는 반도체 기판(110) 상에서 임의의 형상을 갖으며 배열되도록 형성할 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186)는 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제1 방향(X 방향)을 따라서 지그재그로 배열되고, 제1 방향(X 방향)에 수직하고 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 제2 방향(Y 방향)을 따라 열을 이루며 배열되도록 형성할 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186)는, 하면이 대체적으로 직사각형 형상을 가지도록 형성할 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186)는, 하면이 대체적으로 육각형 형상을 가지도록 형성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186)는 평면에서 육각 배열을 이루도록 형성할 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186)는, 하면이 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 어긋난 구조의 배열을 이루도록 형성할 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186)는, 하면이 대체적으로 육각형 형상을 가지고 벌집 배열을 이루도록 형성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 복수의 컬러 필터(184)는 평면에서 육각 배열을 이루도록 형성할 수 있다. 예를 들면, 복수의 컬러 필터(184)는 평면에서, 대체적으로 직사각형 형상을 가지고 엇갈린 배열을 이루도록 형성할 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 컬러 필터(184)는 평면에서, 대체적으로 육각형 형상을 가지고 벌집 구조 배열을 이루도록 형성할 수 있다.
복수의 컬러 필터(184) 각각은 복수의 광전 변환 영역(120) 각각 및 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면 중 적어도 하나와 대체적으로 동일한 형상을 가지도록 형성할 수 있다. 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120) 각각이 대체적으로 동일한 형상을 가지는 경우, 복수의 컬러 필터(184) 각각도 대체적으로 동일한 형상을 가지도록 형성할 수 있다. 다른 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120) 각각이 다른 형상을 가지는 경우, 복수의 컬러 필터(184) 각각은 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면 및 복수의 광전 변환 영역(120) 각각 중 어느 하나와 대체적으로 동일한 형상을 가지고, 다른 하나와는 다른 형상을 가지도록 형성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120) 각각은 대체적으로 동일한 형상을 가지도록 형성할 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면 및 복수의 광전 변환 영역(120) 각각은, 평면 형상이 대체적으로 직사각형 형상을 가지도록 형성할 수 있다. 또는 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면 및 복수의 광전 변환 영역(120) 각각 평면 형상은, 대체적으로 육각형 형상을 가지도록 형성할 수 있다.
다른 일부 실시 예에서, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각의 하면과 복수의 광전 변환 영역(120) 각각은 다른 형상을 가지도록 형성할 수 있다. 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각은 하면이 대체적으로 직사각형 형상을 가지고, 복수의 광전 변환 영역(120) 각각은 평면 형상이 대체적으로 육각형 형상을 가지도록 형성할 수 있다. 또는 예를 들면, 복수의 마이크로 렌즈(186) 각각은 하면이 대체적으로 육각형 형상을 가지고, 복수의 광전 변환 영역(120) 각각은, 평면 형상이 대체적으로 직사각형 형상을 가지도록 형성할 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186) 및 복수의 광전 변환 영역(120) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186) 및 광전 변환 영역(120) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은, 제1 영역(CR)에서 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 서로 일치하도록 형성할 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(186) 및 복수의 광전 변환 영역(120) 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈(186) 및 광전 변환 영역(120) 각각의 평면에서의 중심인 제1 중심(CL) 및 제2 중심(CP)은, 제2 영역(ER)에서 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 수직한 제3 방향(Z 방향)을 따라서 일치하지 않고, 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 또는 제2 면(110B)에 평행한 방향으로 제1 거리(D1)를 가지고 서로 이격될 수 있다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서를 제조하는 과정을 나타내는 단면도이다. 구체적으로, 도 16 및 도 17은 도 7에 보인 이미지 센서(102)를 제조하는 과정은 공정 순서에 따라 도시한 단면도들로, 도 12 이후의 제조하는 과정을 도시한다.
도 16을 참조하면, 반도체 기판(110)의 제2 면(110B), 소자 분리 트렌치(124T)의 내벽 상에 화학 기상 증착 공정, 원자층 증착 공정 등에 의해 절연 물질을 사용하여 소자 분리 트렌치(124T)의 내벽 상에 코포말하게 후면 절연층(124I)을 형성한다. 후면 절연층(124I)은 소자 분리 트렌치(124T)를 완전히 채우지 않을 수 있다.
도 17을 참조하면, 소자 분리 트렌치(124T) 내부를 채우는 도전성 매립층(124C)을 형성한다. 도전성 매립층(124C)은 소자 분리 트렌치(124T) 내부를 채우고, 후면 절연층(124I) 상을 덮는 예비 도전성 매립층(도시 생략)을 형성한 후, 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상의 후면 절연층(124I)이 노출되도록 상기 예비 도전성 매립층의 일부분을 제거하여 형성할 수 있다.
이후, 후면 절연층(124I) 및 도전성 매립층(124C)을 덮는 커버 절연층(126a)을 형성한다. 커버 절연층(126a)은 후면 절연층(124I) 및 도전성 매립층(124C) 상에서 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 전체를 커버하도록 형성할 수 있다.
이후, 도 14 및 도 15에 설명한 방법과 유사한 과정을 수행하여, 도 7에 보인 이미지 센서(102)를 형성할 수 있다.
도 8에 보인 이미지 센서(104)를 형성하는 방법은 다음과 같다. 서로 반대되는 제1 면(110F)과 제2 면(110B)을 구비하는 반도체 기판(110)을 준비한 후, 반도체 기판(110)의 제2 면(110B) 상에 커버 절연층(126b)을 형성한다. 이후 반도체 기판(110)의 제1 면(110F)으로부터 반도체 기판(110)을 식각하여 커버 절연층(126b)이 노출되는 소자 분리 트렌치(124Tb)을 형성한 후, 소자 분리 트렌치(124Tb)을 채우도록 소자 분리 절연층(124Ia)을 형성한 후, 도 14 및 도 15에 설명한 방법과 유사한 과정을 수행하면, 도 8에 보인 이미지 센서(104)를 형성할 수 있다.
일부 실시 예에서, 제1 면(110F)을 가지고, 제2 면(110B) 상에 반도체층을 더 가지도록 반도체 기판(110)이 일부분을 이루는 예비 반도체 기판을 준비한 후, 제1 면(110F)으로부터 적어도 제2 면(110B)을 관통하여, 상기 예비 반도체 기판을 부분적으로 관통하는 예비 소자 분리 트렌치를 형성한고, 상기 예비 반도체 기판을 일부분을 제거하여, 제2 면(110B)을 가지는 반도체 기판(110)을 형성하여, 제1 면(110F)으로부터 제2 면(110B)을 관통하는 소자 분리 트렌치(124Tb)을 형성할 수 있다. 이 경우, 소자 분리 트렌치(124Tb)를 형성한 후, 반도체 기판(110)의 제2 면(110B)을 덮는 커버 절연층(126b)을 형성할 수 있다.
도 9에 보인 이미지 센서(106)를 형성하는 방법은 다음과 같다. 소자 분리 트렌치(124Tb)를 형성한다. 이후, 소자 분리 트렌치(124Tb) 내벽 상을 콘포말하게 덮는 절연 라이너(124Ib)을 형성하고, 절연 라이너(124Ib) 상에서 소자 분리 트렌치(124Tb)를 채우는 도전성 매립층(124Ca)을 형성한 후, 14 및 도 15에 설명한 방법과 유사한 과정을 수행하면, 도 9에 보인 이미지 센서(106)를 형성할 수 있다.
이후, 반도체 기판(110)의 제1 면(110F) 상에 제1 내부 배선 구조(130)와, 제1 내부 배선 구조(130)를 덮는 제1 층간 절연막(134)을 형성할 수 있다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서가 포함하는 단위 화소를 나타내는 회로도이다.
도 18을 참조하면, 단위 화소(10)는 외부로부터 로우 신호(R_SIG)를 입력 받을 수 있고, 출력 전압(VOUT)을 외부로 출력할 수 있다. 로우 신호(R_SIG)는 단위 화소(10)가 포함하는 복수개의 트랜지스터들을 제어하기 위하여 트랜지스터의 게이트로 인가될 수 있고, 리셋 신호(Rx), 제1 및 제2 전달 신호(Tx_1 및 Tx_2) 및 선택 신호(Sx)를 포함할 수 있다. 출력 전압(VOUT)은 단위 화소(10)가 감지한 빛의 세기에 따라 결정될 수 있다.
단위 화소(10)는 광 감지 소자(PD), 전하 저장 소자(SD), 제1 전달 트랜지스터(11), 제2 전달 트랜지스터(12), 소스-팔로워 트랜지스터(13), 선택 트랜지스터(14) 및 리셋 트랜지스터(15)를 포함할 수 있다. 또한, 단위 화소(10)는 제2 전달 트랜지스터(12), 소스-팔로워 전달 트랜지스터(13) 및 리셋 트랜지스터(15)가 서로 전기적으로 연결된 노드인 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 포함할 수 있다.
광 감지 소자(PD)는 빛을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 것으로서, 예컨대 포토다이오드(photodiode), 포토게이트(photogate) 또는 포토트랜지스터(phototransistor) 등이 될 수 있다. 전하 저장 소자(SD)는 광 감지 소자(PD)가 축적한 전하를 임시로 저장할 수 있으며, 예컨대 캐패시터, 다이오드 등이 될 수 있다. 도 1에는 광 감지 소자(PD)가 포토 다이오드이고, 전하 저장 소자(SD)가 다이오드인 예를 도시하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
제1 전달 트랜지스터(11)는 제1 전달 신호(Tx_1)에 따라, 광 감지 소자(PD)가 축적한 전하를 전하 저장 소자(SD)로 전달하거나 막을 수 있다. 예컨대, 광 감지 소자(PD)가 빛을 흡수하여 전하를 축적하는 동안, 제1 전달 트랜지스터(11)의 게이트에는 제1 전달 트랜지스터(11)를 턴-오프시킬 수 있는 전압의 제1 전달 신호(Tx_1)가 인가될 수 있다. 제2 전달 트랜지스터(12)는 제2 전달 신호(Tx_2)에 따라, 전하 저장 소자(SD)가 저장하고 있는 전하를 플로팅 디퓨전 영역(FD)로 통과시키거나 막을 수 있다. 예컨대, 전하 저장 소자(SD)가 저장하고 있는 전하를 플로팅 디퓨전 영역(FD)을 통하여 단위 화소(10)의 외부로 출력하기 위하여, 제2 전달 트랜지스터(12)의 게이트에는 제2 전달 트랜지스터(12)를 턴-온시킬 수 있는 전압의 제2 전달 신호(Tx_2)가 인가될 수 있다.
소스-팔로워 트랜지스터(13)는 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 전압을 증폭시킬 수 있고, 선택 트랜지스터(14)는 선택 신호(Sx)에 따라, 증폭된 전압을 선택적으로 출력할 수 있다. 리셋 트랜지스터(15)는 리셋 신호(Rx)에 따라 플로팅 디퓨전 영역(FD)및 전원전압(VDD)을 서로 연결하거나 차단시킴으로써, 플로팅 디퓨전 영역(FD)의 전압을 전원전압과 가까운 리셋전압으로 할 수 있다. 이와 같이, 광 감지 소자(PD)가 빛을 흡수하여 변환시킨 전기적 신호를 증폭하는 구성요소를 구비하는 단위 화소(10)를 APS(active pixel sensor)라고 한다. 본 발명의 실시 예는 도 1에 도시된 단위 화소(10) 뿐만 아니라, 광 감지 소자(PD) 및 전하 저장 소자(SD)를 포함하는 다른 APS에도 적용이 가능함은 자명하다.
도 1 내지 도 17을 통하여 설명한 하나의 광전 변환 영역(120)은 단위 화소(10)의 전부 또는 일부분을 구성할 수 있고, 포토다이오드 영역(122)은 광 감지 소자(PD)에 대응될 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 구성을 나타내는 블록도 이다.
도 19를 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서(400)는 픽셀부(420)와 주변 회로부를 구비할 수 있다. 픽셀부(420)는 반도체 기판(401)에 광전 변환 소자를 포함한 복수의 픽셀(410)이 2차원 어레이 구조로 규칙적으로 배열되어 형성될 수 있다. 광전 변환 소자는 예컨대, 포토다이오드일 수 있다.
도 1 내지 도 17을 통하여 설명한 하나의 광전 변환 영역(120)은 복수의 픽셀(410) 각각의 전부 또는 일부분을 구성할 수 있고, 포토다이오드 영역(122)은 상기 광전 변환 소자에 대응될 수 있다.
주변 회로부는 픽셀부(420) 주변으로 배치되고, 수직 구동 회로(440), 컬럼 신호처리 회로(450), 수평 구동 회로(460), 출력 회로(470), 제어 회로(480) 등을 구비할 수 있다.
제어 회로(480)는 수직 구동 회로(440), 컬럼 신호처리 회로(450), 수평 구동 회로(460) 등을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어 회로(480)에서는 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클럭을 기초로 수직 구동 회로(440), 컬럼 신호처리 회로(450) 및 수평 구동 회로(460) 등의 동작의 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호들을 생성할 수 있다. 또한, 제어 회로(480)는 상기 클록 신호나 제어 신호들을 수직 구동 회로(440), 컬럼 신호처리 회로(450) 및 수평 구동 회로(460) 등에 입력할 수 있다.
수직 구동 회로(440)는 예컨대 시프트 레지스터로 구성되고, 픽셀 구동 배선을 선택해, 선택된 픽셀 구동 배선에 픽셀을 구동하기 위한 펄스를 공급하여 행 단위로 픽셀을 구동할 수 있다. 예컨대, 수직 구동 회로(440)는 픽셀부(420)의 각 픽셀(410)에 펄스를 행 단위로 수직 방향으로 순차적으로 선택 주사할 수 있다. 또한, 수직 신호선(432)을 통해 각 픽셀(410)의 광전 변환 소자, 예컨대, 포토다이오드에서 생성한 전하들에 따른 픽셀 신호를 컬럼 신호처리 회로(450)에 공급하도록 할 수 있다.
컬럼 신호처리 회로(450)는 픽셀(410)의 열마다 배치되어 1행분의 픽셀(410)에서 출력되는 신호를 픽셀 열마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 할 수 있다. 예컨대, 컬럼 신호처리 회로(450)는 픽셀(410) 고유의 노이즈를 제거하기 위한 CDS(Crrelated-Double Sampling)나 신호 증폭, AD 변환 등의 신호 처리를 할 수 있다. 컬럼 신호처리 회로(450)의 출력단에는 수평 선택 스위치(미도시)가 설치될 수 있다.
수평 구동 회로(460)는, 예컨대, 시프트 레지스터로 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함으로써, 컬럼 신호처리 회로(450)의 각각을 순서대로 선택하여, 컬럼 신호처리 회로(450) 각각의 픽셀 신호를 수평 신호선(434)에 출력시킬 수 있다.
출력 회로(470)는 컬럼 신호처리 회로(450) 각각에서 수평 신호선(434)을 통해 순차적으로 공급되는 신호들에 대해 신호 처리하여 출력할 수 있다. 예컨대, 출력 회로(470)는 버퍼링만 할 경우도 있고, 흑 레벨 조정, 열불균일 보정, 각종 디지털 신호 처리 등을 행하는 경우도 있다. 한편, 입출력 단자(490)는 외부와 신호의 교환을 할 수 있다.
상기한 실시 예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
100, 100a, 100b, 100c, 102, 104, 106, 108 : 이미지 센서, 110 : 반도체 기판, 112 : 활성 영역, 120, 120a : 광전 변환 영역, 122 : 포토다이오드 영역, 124, 124a, 124b, 124ba : 소자 분리 영역, 124I, 124Ia : 후면 절연층, 124Ib : 절연 라이너, 124C, 124Ca : 도전성 매립층, 124T, 124Ta, 124Tb : 소자 분리 트렌치, 126 : 매립 절연층, 126a, 126b : 커버 절연층, 130 : 제1 내부 배선 구조, 134 : 제1 층간 절연막, 162 : 가이드 패턴, 182 : 패시베이션층, 184 : 컬러 필터, 186, 186a : 마이크로 렌즈,

Claims (20)

  1. 제1 영역과 제2 영역을 가지는 반도체 기판;
    상기 반도체 기판을 적어도 부분적으로 관통하는 소자 분리 트렌치를 채우는 소자 분리 영역, 및 상기 소자 분리 영역에 의하여 정의되며 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 광전 변환 영역;
    상기 소자 분리 영역 상에서, 상기 소자 분리 트렌치와 상기 반도체 기판의 일면에 수직한 수직 방향으로 중첩되도록 배치되는 가이드 패턴; 및
    상기 반도체 기판의 일면 상에서 상기 복수의 광전 변환 영역 각각에 대응되며, 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 마이크로 렌즈;를 포함하며,
    상기 소자 분리 영역은 상기 소자 분리 트렌치의 내벽 및 상기 반도체 기판의 일면을 콘포말하게 덮는 후면 절연층, 및 상기 후면 절연층 상에서 상기 반도체 기판의 일면 전체를 커버하는 매립 절연층을 포함하고,
    상기 제1 영역에서, 상기 복수의 마이크로 렌즈 및 상기 복수의 광전 변환 영역 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈 및 광전 변환 영역 각각의 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서의 중심은 상기 수직 방향을 따라서 서로 일치하고,
    상기 제2 영역에서, 상기 복수의 마이크로 렌즈 및 상기 복수의 광전 변환 영역 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈 및 광전 변환 영역 각각의 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서의 중심은 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 방향으로 서로 이격되는 이미지 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 광전 변환 영역, 및 상기 복수의 마이크로 렌즈는 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 제1 방향을 따라서 지그재그로 배열되고, 상기 제1 방향에 수직하고 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 제2 방향을 따라서 열을 이루며 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈 각각은 하면이 직사각형 형상을 가지고, 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 어긋난(staggered) 구조의 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 광전 변환 영역 각각은 평면 형상이 직사각형 형상을 가지고, 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 어긋난 구조의 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 복수의 광전 변환 영역 각각은 평면 형상이 육각형 형상을 가지고, 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 벌집(honeycomb) 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 소자 분리 영역은, 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서, 메쉬 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈 각각은 하면이 육각형 형상을 가지고, 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 벌집 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
  8. 삭제
  9. 제1 영역과 제2 영역을 가지는 반도체 기판;
    상기 반도체 기판을 적어도 부분적으로 관통하는 소자 분리 트렌치를 채우는 소자 분리 영역, 및 상기 소자 분리 영역에 의하여 정의되며 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 광전 변환 영역;
    상기 소자 분리 영역 상에서, 상기 소자 분리 트렌치와 상기 반도체 기판의 일면에 수직한 수직 방향으로 중첩되도록 배치되는 가이드 패턴;
    상기 반도체 기판의 일면 상에서 상기 복수의 광전 변환 영역 각각에 대응되며, 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 육각 배열을 이루는 복수의 마이크로 렌즈;
    상기 반도체 기판의 타면 상에서, 복수의 층들의 적층 구조를 가지는 내부 배선 구조; 및
    상기 반도체 기판의 타면 상에서, 상기 내부 배선 구조를 커버하는 층간 절연막;을 포함하며,
    상기 제1 영역에서, 상기 복수의 마이크로 렌즈 및 상기 복수의 광전 변환 영역 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈 및 광전 변환 영역 각각의 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서의 중심은 상기 수직 방향을 따라서 서로 일치하고,
    상기 제2 영역에서, 상기 복수의 마이크로 렌즈 및 상기 복수의 광전 변환 영역 중, 서로 대응되는 마이크로 렌즈 및 광전 변환 영역 각각의 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서의 중심은 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 방향으로 서로 이격되고,
    상기 소자 분리 영역은 상기 소자 분리 트렌치의 내벽 및 상기 반도체 기판의 일면을 콘포말하게 덮는 후면 절연층, 및 상기 후면 절연층 상에서 상기 반도체 기판의 일면 전체를 커버하는 매립 절연층을 포함하는 이미지 센서.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 복수의 마이크로 렌즈 각각은 하면이 직사각형 형상을 가지고 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 어긋난 구조의 배열을 이루거나, 하면이 육각형 형상을 가지고 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 벌집 배열을 이루고,
    상기 복수의 광전 변환 영역 각각은 평면 형상이 직사각형 형상을 가지고, 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 어긋난 구조의 배열을 이루거나, 평면 형상이 육각형 형상을 가지고, 상기 반도체 기판의 일면에 평행한 평면에서 벌집 배열을 이루는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7250427B2 (ja) * 2018-02-09 2023-04-03 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム、および移動体
US11626442B2 (en) 2020-08-10 2023-04-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods for forming image sensors
US11705360B2 (en) * 2021-03-10 2023-07-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor with dual trench isolation structure
TWI782461B (zh) * 2021-03-25 2022-11-01 力晶積成電子製造股份有限公司 背照式影像感測器及其製造方法
US11620852B2 (en) * 2021-09-08 2023-04-04 Omnivision Technologies, Inc. Method for detecting spoof fingerprints with an under-display fingerprint sensor
US11594069B1 (en) * 2021-09-08 2023-02-28 Omnivision Technologies, Inc. Anti-spoofing optical fingerprint sensor methods and hardware with color selection

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017005111A (ja) * 2015-06-10 2017-01-05 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器

Family Cites Families (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2825702B2 (ja) 1992-05-20 1998-11-18 シャープ株式会社 固体撮像素子
KR950002410A (ko) 1993-06-30 1995-01-04 김광호 고체 촬상 장치
US5793482A (en) 1997-02-04 1998-08-11 Umax Data Systems Inc. Multiple optical lens system with auto-focus calibration
US6687149B2 (en) 2001-02-05 2004-02-03 Optabyte, Inc. Volumetric electro-optical recording
US6796697B1 (en) 2001-10-04 2004-09-28 Kla-Tencor, Inc. Illumination delivery system
JP2003121609A (ja) * 2001-10-11 2003-04-23 Hitachi Ltd 光学シートおよびこれを備えた表示装置
US6838715B1 (en) 2002-04-30 2005-01-04 Ess Technology, Inc. CMOS image sensor arrangement with reduced pixel light shadowing
KR100659503B1 (ko) 2004-07-27 2006-12-20 삼성전자주식회사 광감도를 개선한 이미지 센서
CN101171346B (zh) 2005-05-06 2011-11-09 三星电子股份有限公司 数字生物盘、数字生物盘驱动器装置及其应用化验方法
CN101213447B (zh) 2005-06-28 2012-09-26 三星电子股份有限公司 生物驱动器装置和使用该生物驱动器装置的化验方法
US7541628B2 (en) 2005-07-09 2009-06-02 Samsung Electronics Co., Ltd. Image sensors including active pixel sensor arrays
KR100669040B1 (ko) 2005-08-01 2007-01-16 주식회사 나노트론 다중광속을 이용한 곡률 측정 장치와 방법
US20070166649A1 (en) 2006-01-18 2007-07-19 Cheng-Hung Yu Method of forming a micro device
KR100818724B1 (ko) 2006-07-19 2008-04-01 삼성전자주식회사 Ｃｍｏｓ 이미지 센서와 이를 이용한 이미지 센싱 방법
US7709872B2 (en) 2006-09-13 2010-05-04 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Methods for fabricating image sensor devices
US7544982B2 (en) 2006-10-03 2009-06-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor device suitable for use with logic-embedded CIS chips and methods for making the same
US7888159B2 (en) 2006-10-26 2011-02-15 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor having curved micro-mirrors over the sensing photodiode and method for fabricating
KR20090037604A (ko) * 2007-10-12 2009-04-16 주식회사 동부하이텍 수직형 씨모스 이미지 센서 및 그의 제조 방법
CA3105972A1 (en) 2007-10-19 2009-04-30 Novartis Ag Compositions and methods for treatment of diabetic retinopathy
KR100915759B1 (ko) 2007-10-22 2009-09-04 주식회사 동부하이텍 씨모스 이미지 센서 소자의 형성 방법
JP5169499B2 (ja) * 2008-06-02 2013-03-27 株式会社ニコン 撮像素子および撮像装置
JP4760915B2 (ja) 2009-01-08 2011-08-31 ソニー株式会社 固体撮像素子
TWI413923B (zh) 2009-06-30 2013-11-01 E Pin Optical Industry Co Ltd 微機電掃描之座標偵測方法及其觸控螢幕
US8102460B2 (en) 2009-11-20 2012-01-24 Fujifilm Corporation Solid-state imaging device
KR101708807B1 (ko) 2010-09-30 2017-02-21 삼성전자 주식회사 이미지 센서
WO2012108841A1 (en) 2011-02-09 2012-08-16 Singapore Health Services Pte. Ltd. Transglutaminase-2 inhibitors and uses thereof
US8889461B2 (en) 2012-05-29 2014-11-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. CIS image sensors with epitaxy layers and methods for forming the same
JP6344236B2 (ja) * 2012-07-12 2018-06-20 株式会社ニコン 画像処理装置および撮像装置
US9324756B2 (en) 2012-07-25 2016-04-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. CIS chips and methods for forming the same
KR102034482B1 (ko) 2013-03-04 2019-10-21 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 형성 방법
CN105190890B (zh) * 2013-03-29 2020-03-20 索尼公司 摄像元件和摄像装置
US9627426B2 (en) * 2014-02-27 2017-04-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor device and method for forming the same
KR102209097B1 (ko) * 2014-02-27 2021-01-28 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 제조 방법
JP2015170620A (ja) 2014-03-04 2015-09-28 株式会社東芝 固体撮像装置
US9559135B2 (en) 2014-08-20 2017-01-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Conduction layer for stacked CIS charging prevention
KR102306670B1 (ko) * 2014-08-29 2021-09-29 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR102242563B1 (ko) 2015-03-11 2021-04-20 삼성전자주식회사 픽셀 패턴 및 이를 포함하는 이미지 센서
US9525005B2 (en) 2015-05-18 2016-12-20 Visera Technologies Company Limited Image sensor device, CIS structure, and method for forming the same
US9812483B2 (en) 2015-10-26 2017-11-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Back-side illuminated (BSI) image sensor with global shutter scheme
US9954022B2 (en) 2015-10-27 2018-04-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Extra doped region for back-side deep trench isolation
US9806116B2 (en) 2015-10-28 2017-10-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Complementary metal grid and deep trench isolation in CIS application
JP6895724B2 (ja) 2016-09-06 2021-06-30 キヤノン株式会社 撮像素子及び撮像装置
JP6311771B2 (ja) 2016-10-31 2018-04-18 凸版印刷株式会社 固体撮像素子
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

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017005111A (ja) * 2015-06-10 2017-01-05 ソニー株式会社 固体撮像装置及び電子機器

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Publication number Publication date
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