KR102678056B1 - 이미지 센서들을 위한 트렌치 격리 구조물 - Google Patents

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춘-하오 추앙
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Abstract

본 개시 내용의 다양한 실시예들은 이미지 센서, 및 이미지 센서를 형성하는 방법에 관한 것으로서, 이 이미지 센서에서 저투과 층에 의해 픽셀간 트렌치 격리 구조물이 정의된다. 일부 실시예에서, 이미지 센서는 픽셀들의 어레이 및 픽셀간 트렌치 격리 구조물을 포함한다. 픽셀들의 어레이는 기판 상에 있고, 어레이의 픽셀들은 기판 내의 개개의 광검출기들을 포함한다. 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 기판 내에 있다. 또한, 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 픽셀들의 경계들을 따라 연장되고, 광검출기들을 개별적으로 둘러싸서 광검출기들을 서로 분리시킨다. 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 입사 방사선에 대한 낮은 투과율을 갖는 저투과 층에 의해 정의되고, 이에 따라 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 입사 방사선에 대해 낮은 투과율을 가진다. 저투과 층은, 예를 들어, 금속 및/또는 일부 다른 적합한 재료(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.

Description

이미지 센서들을 위한 트렌치 격리 구조물{TRENCH ISOLATION SRTUCTURE FOR IMAGE SENSORS}
이미지 센서들을 구비한 집적 회로들(IC)은, 예를 들어, 카메라들 및 셀폰들과 같은 폭넓은 범위의 현대 전자 디바이스들에서 사용된다. 최근 몇 년 동안, 상보성 금속 산화물 반도체(complementary metal-oxide-semiconductor)(CMOS) 이미지 센서들이 폭넓게 사용되기 시작하여 주로 전하 결합 디바이스들(charge-coupled devices)(CCD) 이미지 센서를 대체하고 있다. CCD 이미지 센서들과 비교하여, CMOS 이미지 센서들은 낮은 전력 소비, 소형 사이즈, 빠른 데이터 처리, 직접적인 데이터 출력, 및 낮은 제조 비용으로 인해 점점 더 선호되고 있다. 일부 타입의 CMOS 이미지 센서들은 전면측 조명(front side illuminated)(FSI) 이미지 센서들 및 후면측 조명(back side illuminated)(BSI) 이미지 센서들을 포함하고 있다.
본 개시 내용의 양태들은 첨부된 도면들과 함께 읽게 되면 다음의 상세한 설명으로부터 최상으로 이해된다. 주목할 것은 본 산업의 표준 관행에 따라 다양한 피처들(features)이 축척대로 도시되는 것은 아니라는 것이다. 실제로, 다양한 피처들의 치수들은 설명의 명확성을 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1은 저투과 층(low-transmission layer)에 의해 부분적으로 정의된 픽셀간 트렌치 격리 구조물을 포함하는 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 도 1의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면을 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도들을 도시한 것으로, 여기서 이미지 센서는 추가적인 피처들을 포함하고 있다.
도 4a 및 도 4b는 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도들을 도시한 것으로, 여기서 이미지 센서의 구성 요소들은 변경되어 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도들을 도시한 것으로, 여기서는 이미지 센서의 구성 요소들이 생략되어 있다.
도 6은 도 1의 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도를 도시한 것으로, 여기서 이미지 센서는 다수의 픽셀들을 포함하고 있다.
도 7은 도 6의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면을 도시한 것이다.
도 8은 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도를 도시한 것으로, 여기서 저투과 층은 높은 흡수율을 가진다.
도 9는 도 8의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면을 도시한 것이다.
도 10은 도 8의 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도를 도시한 것으로, 여기서 이미지 센서는 다수의 픽셀들을 포함하고 있다.
도 11은 도 10의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면을 도시한 것이다.
도 12는 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도를 도시한 것으로, 여기서 저투과 층은 높은 흡수율을 가지며, 이미지 센서는 픽셀내 트렌치 격리 구조물을 더 포함하고 있다.
도 13a 내지 도 13c는 도 12의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면들을 도시한 것이다.
도 14a 및 도 14b는 도 12의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도들을 도시한 것으로, 여기서 이미지 센서는 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물을 추가로 포함하고 있다.
도 15는 도 12의 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도를 도시한 것으로, 여기서 이미지 센서는 다수의 픽셀들을 포함하고 있다.
도 16은 도 15의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면을 도시한 것이다.
도 17은 도 1의 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도를 도시한 것으로, 여기서 광검출기는 보다 상세히 도시되고, 인터커넥트 구조물이 광검출기에 전기적으로 연결되어 있다.
도 18은 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도를 도시한 것으로, 여기서 이미지 센서는 전면측 조명(FSI)이다.
도 19a 및 도 19b는 도 18의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도들을 도시한 것으로, 여기서 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 기판의 후면측 내로 연장되어 있다.
도 20은 도 18의 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도를 도시한 것으로, 여기서 광검출기는 보다 상세히 도시되고, 인터커넥트 구조물은 광검출기에 전기적으로 연결되어 있다.
도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29는 저투과 층에 의해 부분적으로 정의된 픽셀간 트렌치 격리 구조물을 포함하는 이미지 센서를 형성하는 방법의 일부 실시예의 일련의 단면도들을 도시한 것이다.
도 30은 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29의 방법의 일부 실시예의 블럭 다이어그램을 도시한 것이다.
도 31 내지 도 33, 도 34a, 도 34b, 도 35, 및 도 36은 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29의 방법의 일부 대안적인 실시예들의 일련의 단면도들을 도시한 것으로, 여기서는 유전체 라이너 층 및 제1 후면측 유전체 층이 통합된다.
도 37은 도 31 내지 도 33, 도 34a, 도 34b, 도 35, 및 도 36의 방법의 일부 실시예의 블럭 다이어그램을 도시한 것이다.
도 38, 도 39, 도 40a, 도 40b, 도 41, 및 도 42는 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29의 방법의 일부 대안적인 실시예들의 일련의 단면도들을 도시한 것으로, 여기서는 제1 후면측 유전체 층을 덮는 유전체 라이너 층이 퇴적되고 있다.
도 43은 도 38, 도 39, 도 40a, 도 40b, 도 41, 및 도 42의 방법의 일부 실시예의 블럭 다이어그램을 도시한 것이다.
도 44 내지 도 47, 도 48a, 도 48b, 도 49, 및 도 50은 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29의 방법의 일부 대안적인 실시예들의 일련의 단면도들을 도시한 것으로, 여기서 이미지 센서는 픽셀내 트렌치 격리 구조물을 더 포함하고 있다.
도 51은 도 44 내지 도 47, 도 48a, 도 48b, 도 49, 및 도 50의 방법의 일부 실시예의 블럭 다이어그램을 도시한 것이다.
도 52 내지 도 54, 도 55a, 도 55b, 및 도 56 내지 도 58은 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29의 방법의 일부 대안적인 실시예들의 일련의 단면도들을 도시한 것으로, 여기서 이미지 센서는 FSI이다.
도 59는 도 52 내지 도 54, 도 55a, 도 55b, 및 도 56 내지 도 58의 방법의 일부 실시예의 블럭 다이어그램을 도시한 것이다.
본 개시 내용은 본 개시 내용의 상이한 피처들을 구현하기 위한 많은 상이한 실시예들 또는 예들을 제공한다. 이하에서는 본 개시 내용을 단순화하기 위해 특정 예들의 컴포넌트들 및 배열체들이 기술된다. 이들은 물론 예시에 불과할 뿐이며 제한하려는 것이 아니다. 예를 들어, 이하의 설명에서 제2 피처 위에 또는 제2 피처 상에 제1 피처를 형성하는 것은 제1 피처 및 제2 피처가 직접 접촉하여 형성되는 실시예들을 포함할 수 있고, 또한 제1 피처 및 제2 피처가 직접 접촉하지 않을 수 있도록 제1 피처와 제2 피처 사이에 추가적인 피처들이 형성될 수 있는 실시예들을 포함할 수 있다. 또한, 본 개시 내용은 다양한 예들에서 참조 번호들 및/또는 문자들을 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순성 및 명확성을 위한 것이며, 그 자체가 논의된 다양한 실시예들 및/또는 구성들 간의 관계를 나타내는 것은 아니다.
또한, "바로 아래", "아래", "하부", "위", "상부" 등과 같은 공간 관련 용어는 본원에서 하나의 요소 또는 피처의 다른 요소(들) 또는 피처(들)에 대한 관계를 도면에 도시한 바와 같이 기술하기 위한 설명의 편의를 위해 사용될 수 있다. 이들 공간 관련 용어는 도면에 도시된 방향 외에도 사용 중인 또는 동작 중인 디바이스의 다양한 방향을 포함하도록 의도된다. 장치는 다른 방식으로 배향될 수 있고(90도 또는 다른 방향으로 회전될 수 있고), 그에 따라 본원에서 사용되는 공간 관련 서술자가 마찬가지로 해석될 수 있다.
일부 이미지 센서들은 픽셀들의 어레이와 픽셀간 트렌치 격리 구조물을 포함한다. 어레이는 기판 상에 있고, 픽셀들은 기판 내의 개개의 광검출기들을 포함한다. 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 기판 내로 연장되고, 픽셀들의 경계들을 따라 광검출기들을 개별적으로 둘러싸서 광검출기들을 서로 분리시킨다. 보통, 픽셀간 트렌치 격리 구조물은, 기판의 굴절률보다 낮은 굴절률을 가져 픽셀간 트렌치 격리 구조물과 기판이 직접 접촉하는 측벽 계면들에서 내부 전반사(total internal reflection)(TIR)를 촉진하는 유전체 재료이다. 예를 들어, 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 실리콘 이산화물일 수 있는 한편 기판은 실리콘일 수 있다. 그러나, 다른 적합한 재료들도 사용 가능하다.
측벽 계면들에서의 TIR은 광검출기들 사이를 통과할 수도 있을 입사 방사선을 반사시킨다. 따라서, 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 누화를 감소시킬 수 있고, TIR에 의해 광검출기들의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 측벽 계면에서의 TIR은 방사선이 수신된 광검출기쪽으로 입사 방사선을 다시 반사시킬 수 있다. 따라서, 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 광검출기들에 방사선 흡수를 위한 추가적인 기회를 제공할 수 있고, 광검출기들의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 그러나, TIR은 소위 임계각보다 큰 각도로 측벽 계면들에 충돌하는 방사선에 의존한다. 예를 들어, 픽셀간 트렌치 격리 구조물 및 기판이 각각 실리콘 이산화물 및 실리콘인 경우, 임계각은 약 20 도일 수 있다. 따라서, 임계각보다 작은 각도로 측벽 계면들에 충돌하는 방사선은 광검출기들 사이를 통과하여 누화를 증가시킬 수 있다.
일부 광검출기들은 바이어스 전압이 높은 역방향 바이어스 상태에서 동작하므로, 해당 공핍 영역들에 걸쳐 강한 전기장을 가진다. 이러한 광검출기들은, 예를 들어, 애벌랜치 포토다이오드들(avalanche photodiodes)(APDs), 단일 광자 애벌랜치 다이오드들(single-photon avalanche diodes)(SPADs), 및 다른 적합한 타입들의 광검출기들을 포함할 수 있다. 강한 전기장으로 인해, 핫 캐리어 발광(hot-carrier luminescence)이 발생할 수 있다. 핫 캐리어 발광은 무지향성(non-directional)이며, 모든 방향으로 방사선을 방출한다. 그 결과, 핫 캐리어 발광으로부터의 방사선은 임계각보다 작은 각도로 측벽 계면들에 충돌할 수 있으며, 따라서 광검출기들 사이를 통과할 수 있다. 이것은 누화를 증가시켜 광검출기들의 성능을 저하시킬 수 있다.
본 개시 내용의 다양한 실시예들은 이미지 센서, 및 이미지 센서를 형성하는 방법에 관한 것으로, 이미지 센서에서 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 저투과 층에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 정의된다. 일부 실시예에서, 이미지 센서는 픽셀들의 어레이와 픽셀간 트렌치 격리 구조물을 포함한다. 픽셀들의 어레이는 기판 상에 있고, 어레이의 픽셀들은 기판 내의 개개의 광검출기들을 포함한다. 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 기판 내에 있으며, 위에서 언급한 바와 같이, 저투과 층에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 정의된다. 또한, 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 픽셀들의 경계들을 따라 연장되고, 광검출기들을 개별적으로 둘러싸서 광검출기들을 서로 분리시킨다. 저투과 층은 입사 방사선에 대한 투과율이 낮으므로, 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 입사 방사선에 대한 투과율이 낮다. 또한, 저투과 층은 저투과 층을 구성하는 재료의 고유한 속성들로 인해 투과율이 낮고, 낮은 투과율로 인해 TIR에 의존하지 않는다. 따라서, 저투과 층은 입사각에 관계없이 방사선을 차단한다. 저투과 층은, 예를 들어, 금속, 도전성 세라믹, 일부 다른 적합한 재료(들), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
픽셀간 트렌치 격리 구조물이 광검출기들을 개별적으로 둘러싸서 광검출기들을 서로 분리시키기 때문에, 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 광검출기들 사이를 이동하는 방사선을 수신한다. 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 투과율이 낮기 때문에, 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 광검출기들 사이에서 방사선이 이동하는 것을 차단하고, 따라서 누화를 감소시킨다. 감소된 누화는 결과적으로 광검출기들의 신호 대 잡음비(SNR)와 광검출기들의 다른 적합한 성능 메트릭을 증가시킨다. 저투과 층은 저투과 층을 구성하는 재료의 고유한 속성들로 인해 투과율이 낮고 TIR에 의존하지 않기 때문에, 저투과 층은 입사각에 관계없이 핫 캐리어 발광으로부터 방사선을 효과적으로 차단할 수 있다.
도 1을 참조하면, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)이 저투과 층(104)에 의해 부분적으로 정의되고 픽셀(106)을 기판(108) 내의 이웃하는 픽셀들(도시되지 않음)과 분리시키는 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도(100)가 제공된다. 기판(108)은 픽셀(106)에 대해 개별적인 광검출기(110)를 수용하고, 반도체이다. 기판(108)은, 예를 들어, 단결정 실리콘 및/또는 일부 다른 적합한 반도체 재료(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 픽셀(106)의 경계에서 기판(108)의 후면측(108b) 내로 연장된다. 또한, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 픽셀(106)의 양측에 각각의 픽셀간 격리 세그먼트들의 쌍을 포함한다. 일부 실시예에서, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 위에서 아래로 볼 때 픽셀(106)의 경계를 따라 폐쇄된 경로로 연장된다. 일부 실시예에서, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 외측 트렌치 격리 구조물로도 알려져 있다.
저투과 층(104)은 유전체 라이너 층(112)에 의해 기판(108)과 분리되고, 일부 실시예에서, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)의 벌크를 정의한다. 유전체 라이너 층(112)은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 추가로 정의하고, 기판(108)으로부터 저투과 층(104)을 전기적으로 격리시킨다. 유전체 라이너 층(112)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
저투과 층(104)은 방사선(114)에 대한 투과율이 낮으므로, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 방사선(114)에 대한 투과율이 또한 낮다. 낮은 투과율 때문에, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 방사선(114)이 픽셀(106)에서 이웃하는 픽셀들로 또는 그 반대로 통과하는 것을 차단하고, 따라서 픽셀(106)과 이웃하는 픽셀들 사이의 누화를 감소시킨다. 누화를 감소시킴으로써, 광검출기(110)의 SNR 및 다른 적합한 성능 메트릭이 향상될 수 있다. 저투과 층(104)은 방사선(114)이 픽셀들 사이를 통과하는 것을 차단하기 때문에, 저투과 층(104)은 광학 장벽 층으로도 알려져 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 낮은 투과율은 방사선(114)의 약 1 %, 5 %, 10 %, 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 낮은 투과율이다. 일부 실시예에서, 저투과 층(104)은 방사선(114)에 대해 불투명하다. 일부 실시예에서, 낮은 투과율은 유전체 라이너 층(112) 및/또는 실리콘 산화물의 투과율에 비해 낮다. 투과율이 너무 높으면(예컨대, 약 10 % 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 높은 경우), 누화가 높을 수 있고, 광검출기(110)의 성능이 낮을 수 있다.
저투과 층(104)은 추가로 방사선(114)에 대한 반사율이 높으므로, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 방사선(114)에 대한 반사율이 또한 높다. 높은 반사율 때문에, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 광검출기(110)를 향해 방사선(114)을 다시 반사할 수 있다. 이것은 광검출기(110)에 방사선(114)을 흡수할 또 다른 기회를 제공하여, 광검출기(110)의 양자 효율(quantum efficiency)(QE), SNR, 및 다른 적합한 성능 메트릭을 향상시킨다.
높은 반사율은, 예를 들어, 방사선(114)의 약 80 %, 90 %, 95 %, 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 높은 반사율일 수 있다. 반사율이 너무 낮으면(예컨대, 약 80 % 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 낮은 경우), 광검출기(110)의 QE, SNR, 및 다른 적합한 성능 메트릭은 낮을 수 있다.
저투과 층(104)의 낮은 투과율과 저투과 층(104)의 높은 반사율은 저투과 층(104)을 구성하는 재료의 고유한 속성들에 기인하며, TIR에 의존하지는 않는다. 일부 실시예에서, 저투과 층(104)은 금속 및/또는 일부 다른 적합한 도전성 재료(들)이다. 금속은, 예를 들어, 구리, 알루미늄, 은, 일부 다른 적합한 금속(들), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 저투과 층(104)은 유전체 및/또는 일부 다른 적합한 재료(들)이다. 저투과 층(104)이 유전체인 적어도 일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)은 생략될 수 있다.
일부 실시예에서, 광검출기(110)는 고전압에서 역방향 바이어스 상태로 동작한다. 예를 들어, 광검출기(110)는 APD, SPAD, 또는 일부 다른 적합한 타입의 광검출기일 수 있다. 고전압은, 예를 들어, 약 100 볼트, 200 볼트, 1000 볼트, 1500 볼트, 또는 일부 다른 적합한 값보다 큰 전압일 수 있다. 또한, 고전압은, 예를 들어, 약 100 내지 200 볼트, 약 200 내지 1000 볼트, 약 1000 내지 1500 볼트, 약 1500 내지 2000 볼트, 또는 일부 다른 적합한 값의 전압일 수 있다.
광검출기(110)가 고전압에서 동작할 수 있기 때문에, 광검출기(110)는 핫 캐리어 발광(116)(개략적으로 별로 도시됨)이 발생하는 경향이 있을 수 있다. 핫 캐리어 발광(116)은 핫 캐리어 방사선(114hc)을 임의의 방향으로 방출할 수 있으며, 이는 TIR에 의해 핫 캐리어 방사선(114hc)를 효율적으로 차단하는 것을 어렵게 만든다. 위에서 언급했듯이, TIR은 이른바 임계각을 초과하는 입사각에 의존한다. 일부 실시예에서, 핫 캐리어 방사선(114hc)은 약 900 내지 1000 나노미터, 약 900 내지 950 나노미터, 약 950 내지 1000 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 파장의 파장을 가진다.
픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 낮은 투과율을 갖고, 낮은 투과율로 인해 TIR에 의존하지 않기 때문에, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 입사각에 관계없이 핫 캐리어 방사선(114hc)을 차단할 수 있다. 그 결과, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 핫 캐리어 발광(116)으로부터의 누화를 효율적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 높은 반사율을 갖고, 높은 반사율로 인해 TIR에 의존하지 않기 때문에, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 입사각에 관계없이 핫 캐리어 방사선(114hc)을 반사시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)은 높은 투과율을 가진다. 높은 투과율은, 예를 들어, 입사 방사선의 약 90 %, 95 %, 99 %, 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 높은 투과율일 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)은 방사선(114)에 대해 투명하다. 투과율이 너무 낮으면(예컨대, 약 90 % 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 낮으면), 유전체 라이너 층(112)은 너무 많은 방사선(114)이 저투과 층(104)에 충돌하여 반사되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 광검출기(110)의 QE 및 다른 적합한 성능 메트릭은 낮을 수 있다.
일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)의 두께(Tdll)가 작아서 유전체 라이너 층(112)은 높은 투과율을 가진다. 두께(Tdll)는, 예를 들어, 약 100 나노미터, 약 50 나노미터, 약 10 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값 미만으로 작을 수 있다. 또한, 두께(Tdll)는, 예를 들어, 약 10 내지 100 나노미터, 약 10 내지 55 나노미터, 약 55 내지 100 나노미터, 약 20 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값으로 작을 수 있다. 두께(Tdll)가 너무 크면(예컨대, 약 100 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 크면), 유전체 라이너 층(112)은 너무 많은 방사선(114)이 저투과 층(104)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다. 두께(Tdll)가 너무 작으면(예컨대, 약 10 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값 미만이면), 유전체 라이너 층(112)은 저투과 층(104)과 기판(108) 사이에 전기적 격리를 제공하지 못할 수 있다.
일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)은 기판(108)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 이것은 유전체 라이너 층(112)과 기판(108)이 직접 접촉하는 측벽 계면들에서 TIR을 촉진할 수 있다. 그러나, 저투과 층(108)이 높은 반사율을 갖기 때문에 TIR은 불필요한 것일 수 있다.
일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)은 추가로 저투과 층(104)의 재료에 대한 확산 장벽으로서 작용하여 기판(108) 내로의 확산을 방지한다. 예를 들어, 저투과 층(104)은 구리일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 유전체 라이너 층(112)은 알루미늄 산화물(예컨대, Al2O3) 또는 일부 다른 적합한 재료일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 저투과 층(104)의 재료에 따라, 그 재료는 기판(108)으로 확산되도록 허용된다면 광검출기(110)의 동작 파라미터들을 사양을 벗어나게 변경시킬 수 있다.
계속해서 도 1을 참조하면, 전면측 유전체 구조물(118)은 기판(108) 아래에 있고, 기판(108)의 전면측(108f)을 덮는다. 전면측 유전체 구조물(118)은 전면측(108f)에서 TIR을 촉진하기 위해 기판(108)의 전면측(108f)에서 기판(108)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 결과적으로, 광검출기(110)를 통과하는 방사선(114)은 광검출기(110)로 다시 반사될 수 있고, 이에 의해 광검출기(110)에 방사선(114)을 흡수할 또 다른 기회를 제공할 수 있다. 이는 결과적으로 광검출기(110)의 QE 및 다른 적합한 성능 메트릭을 향상시킬 수 있다. 전면측 유전체 구조물(118)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
이후에 보여지는 바와 같이, 전면측 유전체 구조물(118)은, 일부 실시예에서, 인터커넥트 구조물(도시되지 않음)을 전체적으로 또는 부분적으로 수용할 수 있다. 인터커넥트 구조물은 복수의 와이어들, 복수의 비아들, 및 교대로 적층되고 광검출기(110)로부터 이어지는 도전성 경로들을 정의하는 복수의 컨택트들을 포함한다. 도전성 경로들은, 예를 들어, 광검출기(110)를 판독 회로부 및/또는 다른 적합한 이미징 회로부에 전기적으로 연결할 수 있다.
후면측 유전체 구조물(120)은 기판(108)의 후면측(108b)을 덮고, 기판(108)으로 확산기(122)를 정의한다. 확산기(122)는 광검출기(110) 위에 놓이고, 기판(108)의 후면측(108b)에서 주기적인 패턴을 가진다. 확산기(122)의 주기적 패턴은 기판(108)의 후면측(108b)에서 수신된 외부 방사선(114ex)을 산란시키는 역할을 한다. 예를 들어, 확산기(122)는 기판(108)의 전면측(108f)에서 외부 방사선(114ex)의 입사각을 증가시키도록 외부 방사선(114ex)을 산란시켜 전면측(108f)에서 TIR을 증가시킬 수 있다. 이는 결과적으로 광검출기(110)의 QE 및 다른 적합한 성능 메트릭을 추가로 향상시킬 수 있다. 후면측 유전체 구조물(120)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 후면측 유전체 구조물(120)은 유전체 라이너 층(112)과 동일한 재료이고 및/또는 유전체 라이너 층(112)과 통합된다. 또한, 일부 실시예에서, 후면측 유전체 구조물(120)은 후면측(108b)에서 TIR을 촉진하기 위해 기판(108)의 후면측(108b)에서 기판(108)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 결과적으로, 방사선(114)은 TIR에 의해 광검출기(110)로 다시 반사될 수 있고, 이에 의해 광검출기(110)에 방사선(114)을 흡수할 또 다른 기회를 제공할 수 있다. 이는 결과적으로 광검출기(110)의 QE 및 다른 적합한 성능 메트릭을 향상시킬 수 있다.
스페이서 층(124)은 후면측 유전체 구조물(120) 위에 놓이고, 마이크로 렌즈(126)는 스페이서 층(124) 위에 놓인다. 대안적인 실시예들에서, 스페이서 층(124)은 컬러 필터로 대체된다. 스페이서 층(124)은 광검출기(110)로부터 마이크로 렌즈(126)를 이격시키고, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체들일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 마이크로 렌즈(126)는 광검출기(110) 상에 외부 방사선(114ex)을 포커싱한다.
도 2를 참조하면, 도 1의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면(200)이 제공된다. 도 2는, 예를 들어, 도 1의 라인 A-A'에 따라 취해질 수 있고 및/또는 도 1은, 예를 들어, 도 2의 라인 A-A'에 따라 취해질 수 있다. 유전체 라이너 층(112) 및 저투과 층(104)은 각각 픽셀의 경계를 따라 폐쇄된 경로로 연장되어 광검출기(110)를 둘러싼다. 저투과 층(104)은 누화를 감소시키기 위해 낮은 투과율을 가진다. 또한, 저투과 층(104)은 방사선(114)을 광검출기(110)로 다시 반사시키기 위해 높은 반사율을 가진다. 감소된 누화는 광검출기(110)의 SNR 및 다른 적합한 성능 메트릭을 증가시키는 반면, 높은 반사율은 광검출기(110)의 QE 및 다른 적합한 성능 메트릭을 증가시킨다.
도 3a를 참조하면, 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도(300A)가 제공되며, 여기서 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 장벽 층(302)에 의해 더 정의되고 있다. 장벽 층(302)은 유전체 라이너 층(112)과는 상이한 재료이며, 그리고 저투과 층(104)의 재료에 대한 확산 장벽으로서 그 재료가 기판(108) 내로 확산되는 것을 방지하는 것이다. 예를 들어, 저투과 층(104)은 구리일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 장벽 층(302)은 알루미늄 산화물(예컨대, Al2O3)일 수 있거나 이를 포함할 수 있고, 그리고 유전체 라이너 층(112)은 실리콘 산화물일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 적합한 재료들도 사용 가능하다. 저투과 층(104)의 재료에 따라, 그 재료는 확산이 허용된다면 광검출기(110)의 동작 파라미터들을 사양을 벗어나게 변경시킬 수 있거나 및/또는 광검출기(110)의 성능을 저하시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 장벽 층(302)은 유전체이고, 따라서 저투과 층(104)과 기판(108) 사이에 추가적인 전기적 격리를 제공한다. 대안적인 실시예들에서, 장벽 층(302)은 도전성이다.
일부 실시예에서, 장벽 층(302)은 높은 투과율을 가진다. 높은 투과율은, 예를 들어, 방사선(114)의 약 90 %, 95 %, 99 %, 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 높은 투과율일 수 있다. 일부 실시예에서, 장벽 층(302)은 방사선(114)에 대해 투명하다. 투과율이 너무 낮으면(예컨대, 약 90 % 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 낮은 경우), 장벽 층(302)은 너무 많은 방사선(114)이 저투과 층(104)에 충돌하여 반사되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 광검출기(110)의 QE 및 다른 적합한 성능 메트릭은 낮을 수 있다.
일부 실시예에서, 장벽 층(302)의 두께(Tbl)가 작아서 장벽 층(302)은 높은 투과율을 갖게 된다. 두께(Tbl)는, 예를 들어, 약 100 나노미터, 약 50 나노미터, 약 10 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값 미만으로 작을 수 있다. 또한, 두께(Tbl)는, 예를 들어, 약 10 내지 100 나노미터, 약 10 내지 55 나노미터, 약 55 내지 100 나노미터, 약 20 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값으로 작을 수 있다. 두께(Tbl)가 너무 크면(예컨대, 약 100 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 크면), 그 두께(Tbl)는 너무 많은 방사선(114)이 저투과 층(104)에 충돌하여 저투과 층(104)에 의해 반사되는 것을 방지할 수 있다. 두께(Tbl)가 너무 작으면(예컨대, 약 10 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값 미만이면), 장벽 층(302)은 저투과 층(104)의 재료에 대한 확산 장벽으로서 작용하지 못할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도(300B)가 제공되며, 여기서 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)은 픽셀(106)을 이웃하는 픽셀들(도시되지 않음)과 분리시킨다. 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)은 픽셀(106)의 경계에서 기판(108)의 전면측(108f) 내로 연장되고, 기판(108) 내의 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)과 직접 접촉한다. 또한, 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)은 픽셀(106)의 양측에 각각의 픽셀간 격리 세그먼트들의 쌍을 포함한다. 일부 실시예에서, 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)은 위에서 아래로 볼 때 픽셀(106)의 경계를 따라 폐쇄된 경로로 연장된다.
추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)은, 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)과 기판(108)이 직접 접촉하는 측벽 계면들에서 TIR을 촉진하기 위해 기판(108)보다 높은 굴절률을 갖는 유전체 재료를 포함한다. 측벽 계면들에서 TIR을 촉진함으로써, 방사선(114)은 광검출기(110)를 향해 다시 반사되어 누화를 감소시킬 수 있고, QE, SNR, 및 다른 적합한 성능 메트릭을 향상시킬 수 있다. 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304) 및 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)이 기판(108)의 양측 내로 연장되고 기판(108) 내에서 직접 접촉하기 때문에, 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)은 기판(108)을 관통하게 연장되는 복합 구조물을 정의한다. 복합 구조물은, 기판(108)의 두께(Ts)가 너무 커서 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304) 및 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)이 기판(108)을 관통하게 개별적으로 연장되지 않을 경우, 향상된 픽셀간 격리 및 누화 감소를 제공할 수 있다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도들(400A, 400B)이 제공되며, 여기서는 이미지 센서의 구성 요소들이 변경된다. 도 4a에서, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 기판(108)의 전면측(108f)으로부터 기판(108)을 부분적으로 관통하게 연장된다. 대안적인 실시예들에서, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 기판(108)을 완전히 관통하게 연장된다. 도 4b에서, 저투과 층(104)의 최상단 표면은 기판(108)의 최상단 표면과 대략 동일하다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도들(500A, 500B)이 제공되며, 여기서 이미지 센서의 구성 요소들은 생략되어 있다. 도 5a에서, 확산기(122)가 생략되어 있다. 따라서, 기판(108)과 후면측 유전체 구조물(120) 사이의 계면은 픽셀(106)의 제1 측면에서 제1 측면에 대향되는 픽셀(106)의 제2 측면까지 평탄하다. 도 5b에서, 유전체 라이너 층(112)은 생략되어 있다. 유전체 라이너 층(112)은, 예를 들어, 적어도 저투과 층(104)이 투과율이 낮은 유전체인 경우 생략될 수 있다.
도 2가 도 1과 관련하여 기술되었지만, 도 2는 대안적인 실시예들에서 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 및 도 5 중 어떠한 것에도 적용 가능하다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 및 도 5 중 임의의 것은 도 2의 라인 A-A'를 따라 취해질 수 있다. 또한, 도 2는 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 및 도 5 중 어느 하나에서 라인 A-A'를 따라 취해질 수 있다. 도 2가 도 3a에 적용되는 대안적인 실시예들에서, 도 2는 픽셀(106)의 경계를 따라 광검출기(110)를 둘러싸고 폐쇄된 경로로 연장되는 장벽 층(302)을 더 포함한다.
도 6을 참조하면, 도 1의 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도(600)가 제공되며, 여기서 이미지 센서는 다수의 픽셀들(106)을 포함하고 있다. 픽셀들(106)은 각각 자신의 대응물이 도 1에 도시되고 기술되는 것과 같다. 또한, 픽셀들(106)은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 공유한다. 명확성을 위해, 픽셀들(106) 사이의 경계들(602)은 점선으로 구분된다.
일부 실시예에서, 저투과 층(104)의 폭(Wltl)은 약 100 나노미터, 약 200 나노미터, 약 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값보다 크다. 또한, 일부 실시예에서, 폭(Wltl)은 약 100 내지 200 나노미터, 약 200 내지 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값이다. 폭(Wltl)이 너무 작으면(예컨대, 약 100 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값 미만이면), 저투과 층(104) 및 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 높은 투과율을 가질 수 있고, 따라서 누화가 높을 수 있다. 폭(Wltl)이 너무 크면(예컨대, 약 500 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 크면), 광검출기들(110)의 사이즈는 작을 수 있고 및/또는 픽셀들(106)이 클 수 있다. 전자는 광검출기들(110)의 낮은 QE로 이어지는 반면, 후자는 낮은 픽셀 밀도로 이어진다.
일부 실시예에서, 폭(Wltl) 대 두께(Tdll)의 비율은 약 5:1 내지 20:1, 약 5:1 내지 10:1, 약 10:1 내지 15:1, 약 15:1 내지 20:1, 또는 일부 다른 적합한 값들이다. 비율이 너무 높으면(예컨대, 약 20:1 또는 일부 다른 적합한 값보다 높으면), 두께(Tdll)는 너무 작을 수 있고 및/또는 폭(Wltl)은 너무 클 수 있다. 두께(Tdll)가 너무 작으면, 유전체 라이너 층(112)은 저투과 층(104)과 기판(108) 사이에 불량의 전기적 격리를 제공할 수 있다. 비율이 너무 낮으면(예컨대, 약 5:1 또는 일부 다른 적합한 값 미만이면), 두께(Tdll)는 너무 클 수 있고 및/또는 폭(Wltl)은 너무 작을 수 있다. 두께(Tdll)가 너무 작으면, 유전체 라이너 층(112)은 너무 많은 방사선(114)이 저투과 층(104)에 충돌하는 것을 방지할 수 있다.
도 6이 도 1의 픽셀(106)로 각각 구성된 다수의 픽셀들(106)을 포함하는 이미지 센서를 도시하지만, 도 6의 픽셀들(106)은 각각 대안적인 실시예들에서 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 및 도 5 중 임의의 도면에서의 픽셀(106)로 구성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 도 6의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면(700)이 제공된다. 도 7은, 예를 들어, 도 6의 라인 B-B'에 따라 취해질 수 있고 및/또는 도 6은, 예를 들어, 도 7의 라인 B-B'에 따라 취해질 수 있다. 저투과 층(104)은 연속적이며, 픽셀들(106)의 경계들(602)을 따라 픽셀들(106)을 개별적으로 둘러싸서 픽셀들(106)을 서로 분리시키고 누화를 감소시킨다. 유전체 라이너 층(112)은 복수의 링 형상의 세그먼트들을 포함한다. 링 형상의 세그먼트들은 픽셀들(106)에 대해 개별적이며, 각각은 개개의 픽셀의 경계를 따라 폐쇄된 경로로 연장된다. 상부 레이아웃 도면(700) 내에서는 보이지 않지만, 링 형상의 세그먼트들은 저투과 층(104) 아래에 있는 유전체 라이너 층(112)의 부분들을 통해 상호 접속될 수 있다.
도 8을 참조하면, 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도(800)가 제공되며, 여기서 저투과 층(104)은 높은 반사율 대신에 높은 흡수율을 가진다. 그 결과, 방사선(114)은 저투과 층(104)에 충돌될 때 저투과 층(104)에 의해 반사되는 대신 대부분 흡수된다. 높은 흡수율은, 예를 들어, 약 80 %, 90 %, 또는 95 %보다 큰 흡수율일 수 있다. 그러나, 다른 적합한 백분율들도 사용 가능하다.
저투과 층(104)이 높은 흡수율 및 낮은 투과율을 갖기 때문에, 저투과 층(104) 및 그에 따른 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 누화를 방지한다. 그러나, 저투과 층(104)이 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102) 상에 입사되는 대부분의 방사선을 흡수한다면, QE 손실은 높을 것이고, 따라서 QE는 불량할 것이다. 따라서, 유전체 라이너 층(112)은 유전체 라이너 층(112)과 기판(108)이 직접 접촉하는 측벽 계면들에서 TIR을 촉진하도록 구성된다. TIR은 대부분 방사선을 반사시키고, 저투과 층(104)은 반사되지 않은 방사선을 흡수하므로, QE 손실과 누화가 모두 낮다. 주목할 것은 이전 실시예에서, 측벽 계면들에서의 TIR은 저투과 층(104)이 높은 반사율을 갖기 때문에 불필요했다는 것이다.
측벽 계면들에서 TIR을 촉진시키기 위해, 유전체 라이너 층(112)은 기판(108)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 예를 들어, 유전체 라이너 층(112)은 실리콘 산화물일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 반면, 기판(108)은 실리콘일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 적합한 재료들도 사용 가능하다. 추가적으로, 유전체 라이너 층(112)은 TIR을 증가시키고 QE 손실을 최소화하기 위한 두께(Tdll)를 가진다. 일반적으로, 두께(Tdll)가 클수록, 측벽 계면들에서의 TIR은 더 크고, 따라서 QE 손실은 더 적다. 두께(Tdll)는, 예를 들어, 약 100 나노미터, 약 200 나노미터, 약 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값보다 클 수 있다. 또한, 두께(Tdll)는, 예를 들어, 약 100 내지 200 나노미터, 약 200 나노미터, 약 200 내지 약 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값일 수 있다.
두께(Tdll)가 너무 작으면(예컨대, 약 100 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 작으면), 측벽 계면들에서의 TIR은 낮을 수 있고 QE 손실은 클 수 있다. 따라서, 광검출기(110)의 QE 및 다른 적합한 성능 메트릭은 낮을 수 있다. 두께(Tdll)가 너무 크면(예컨대, 약 500 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 크면), 광검출기(110)의 사이즈는 작을 수 있고 및/또는 픽셀(106)은 클 수 있다. 전자는 광검출기들(110)의 낮은 QE로 이어지는 반면, 후자는 낮은 픽셀 밀도로 이어진다.
저투과 층(104)의 낮은 투과율과 저투과 층(104)의 높은 흡수율은 저투과 층(104)을 구성하는 재료의 고유한 속성들에 기인하며, TIR에 의존하지는 않는다. 일부 실시예에서, 저투과 층(104)은 금속, 도전성 세라믹, 일부 다른 적합한 도전성 재료(들), 또는 이들의 임의의 조합이다. 금속은, 예를 들어, 텅스텐 및/또는 일부 다른 적합한 금속(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 도전성 세라믹은, 예를 들어, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 일부 다른 적합한 도전성 세라믹(들), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 저투과 층(104)은 유전체 및/또는 일부 다른 적합한 재료(들)이다. 저투과 층(104)이 유전체인 적어도 일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)은 생략될 수 있다.
도 9를 참조하면, 도 8의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면(900)이 제공된다. 도 9는, 예를 들어, 도 8의 라인 C-C'에 따라 취해질 수 있고 및/또는 도 8은, 예를 들어, 도 9의 라인 C-C'에 따라 취해질 수 있다. TIR에 대한 임계각 미만의 각도(예컨대, α1)로 유전체 라이너 층(112)의 측벽 계면들에 충돌하는 방사선(114)은 유전체 라이너 층(112)을 통과하고 저투과 층(104)에 의해 흡수된다. 다른 한편으로, TIR에 대한 임계각보다 큰 각도(예컨대, α2)로 유전체 라이너 층(112)의 측벽 계면들에 충돌하는 방사선(114)은 TIR에 의해 반사된다. 기판(108)이 실리콘이거나 이를 포함하고, 유전체 라이너 층(112)이 실리콘 산화물이거나 이를 포함하는 적어도 일부 실시예에서, 임계각은 약 20 도이다. 그러나, 다른 적합한 재료들 및/또는 임계각들도 사용 가능하다.
도 10을 참조하면, 도 8의 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도(1000)가 제공되며, 여기서 이미지 센서는 다수의 픽셀들(106)을 포함하고 있다. 픽셀들(106)은 각각 자신의 대응물이 도 8에 도시되고 기술되는 것과 같다. 또한, 픽셀들(106)은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 공유한다. 명확성을 위해, 픽셀들(106) 사이의 경계들(602)은 점선으로 구분된다.
일부 실시예에서, 저투과 층(104)의 폭(Wltl) 대 유전체 라이너 층(112)의 두께(Tdll)의 비율은 약 1:1 내지 5:1, 약 1:1 내지 2.5:1, 약 2.5:1 내지 5:1, 또는 일부 다른 적합한 값들이다. 비율이 너무 높으면(예컨대, 약 5:1 또는 일부 다른 적합한 값보다 높으면), 두께(Tdll)는 너무 작을 수 있고 및/또는 폭(Wltl)은 너무 클 수 있다. 두께(Tdll)가 너무 작으면, 측벽 계면들에서의 TIR은 낮을 수 있고 QE 손실은 클 수 있다. 폭(Wltl)이 너무 크면, 광검출기들(110)이 너무 작을 수 있고 및/또는 픽셀들(106)이 너무 클 수 있다. 전자는 낮은 QE로 이어지고, 후자는 낮은 픽셀 밀도로 이어진다. 비율이 너무 낮으면(예컨대, 약 1:1 또는 일부 다른 적합한 값 미만이면), 두께(Tdll)는 너무 클 수 있고 및/또는 폭(Wltl)은 너무 작을 수 있다. 두께(Tdll)가 너무 크면, 광검출기들(110)이 너무 작을 수 있고 및/또는 픽셀들(106)이 전술한 바와 같이 너무 클 수 있다. 폭(Wltl)이 너무 작으면, 저투과 층(104)은 방사선(114)을 흡수하기에는 너무 얇을 수 있다.
도 11을 참조하면, 도 10의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면(1100)이 제공된다. 도 11은, 예를 들어, 도 10의 라인 D-D'에 따라 취해질 수 있고 및/또는 도 10은, 예를 들어, 도 11의 라인 D-D'에 따라 취해질 수 있다.
도 12를 참조하면, 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도(1200)가 제공되며, 여기서 저투과 층(104)은 도 8에 기술된 바와 같이, 높은 반사율 대신에 높은 흡수율을 가진다. 저투과 층(104)이 높은 흡수율 및 낮은 투과율을 갖기 때문에, 저투과 층(104)은 누화를 방지한다. 그러나, 저투과 층(104)이 픽셀 경계들을 가로질러 지향된 대부분의 방사선을 흡수한다면, QE 손실은 높을 것이고, 따라서 QE는 불량할 것이다. 따라서, 이미지 센서는 픽셀내 트렌치 격리 구조물(intra-pixel trench isolation structure)(1202)을 더 포함한다.
픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)에 의해 둘러싸이고, 기판(108)의 후면측(108b) 내로 연장된다. 또한, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 픽셀(106)의 양측에 각각의 픽셀내 격리 세그먼트들의 쌍을 포함하며, 이 픽셀내 격리 세그먼트들의 쌍 사이에 광검출기(110)가 샌드위치된다. 일부 실시예에서, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 위에서 아래로 볼 때 광검출기(110)를 둘러싸고 폐쇄된 경로로 연장된다. 일부 실시예에서, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 내측 트렌치 격리 구조물로도 알려져 있다. 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)과 기판(108)이 직접 접촉하는 측벽 계면들에서 TIR을 촉진하도록 구성된다. TIR은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)로 가는 경로의 대부분의 방사선을 반사시키고, 저투과 층(104)은 TIR에 의해 반사되지 않은 방사선을 흡수하므로, QE 손실과 누화가 모두 낮다.
TIR을 촉진시키기 위해, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 기판(108)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 예를 들어, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 실리콘 산화물일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 반면, 기판(108)은 실리콘일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 적합한 재료들도 사용 가능하다. 추가적으로, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 TIR을 증가시키고 QE 손실을 최소화하기 위한 폭(Witi)을 가진다. 폭(Witi)은, 예를 들어, 약 100 나노미터, 약 200 나노미터, 약 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값보다 클 수 있다. 또한, 폭(Witi)은, 예를 들어, 약 100 내지 200 나노미터, 약 200 나노미터, 약 200 내지 약 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값일 수 있다.
폭(Witi)이 너무 작으면(예컨대, 약 100 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 작으면), 측벽 계면들에서의 TIR은 낮을 수 있고 QE 손실은 클 수 있다. 따라서, 광검출기(110)의 QE 및 다른 적합한 성능 메트릭은 낮을 수 있다. 폭(Witi)이 너무 크면(예컨대, 약 500 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 크면), 광검출기(110)의 사이즈는 작을 수 있고 및/또는 픽셀이 클 수 있다. 전자는 낮은 QE로 이어지고, 후자는 낮은 픽셀 밀도로 이어진다.
일부 실시예에서, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 후면측 유전체 구조물(120)에 의해 정의된다. 대안적인 실시예들에서, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 후면측 유전체 구조물(120)과는 독립적이다. 일부 실시예에서, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 약 10 내지 100 나노미터, 약 10 내지 55 나노미터, 약 55 내지 100 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값인 간격(S)만큼 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)로부터 이격된다. 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c를 참조하면, 도 12의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면(1300A 내지 1300C)이 제공된다. 도 13a 내지 도 13c는 서로의 대안적인 실시예들이며, 예를 들어, 도 12의 라인 E-E'를 따라 취해질 수 있다. 또한, 도 12는, 예를 들어, 도 13a 내지 도 13c 중 어느 하나에서 라인 E-E'를 따라 취해질 수 있다.
유전체 라이너 층(112) 및 저투과 층(104)은 각각 픽셀(106)의 경계를 따라 폐쇄된 경로로 연장되어 광검출기(110)를 둘러싼다. 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 유전체 라이너 층(112) 및 저투과 층(104)에 의해 둘러싸여 있다. 또한, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 광검출기(110)를 둘러싸고 폐쇄된 경로로 연장된다. TIR에 대한 임계각 미만의 각도(예컨대, 도 13a 및 도 13b에서의 α1)로 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)에 충돌하는 방사선(114)은 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)을 통과하고, 저투과 층(104)에 의해 흡수된다. TIR에 대한 임계각보다 큰 각도(예컨대, 도 13a 및 도 13b에서의 α2)로 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)에 충돌하는 방사선(114)은 TIR에 의해 반사된다.
도 13a에서, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 직각 코너들을 갖는 정사각 링 형상이다. 도 13b에서, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 모따기된 코너들을 갖는 정사각 링 형상이다. 도 13c에서, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은 원형 링 형상이다. 대안적인 실시예들에서, 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)는 다른 적합한 레이아웃들 및/또는 코너들을 가진다.
도 14a를 참조하면, 도 12의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도(1400A)가 제공되며, 여기서 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)은 픽셀(106)을 이웃하는 픽셀들(도시되지 않음)과 분리시킨다. 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)은 픽셀(106)의 경계에서 기판(108)의 전면측(108f) 내로 연장되고, 기판(108) 내의 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102) 및 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202) 모두와 직접 접촉한다. 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)은, 예를 들어, 도 3b에 기술된 것일 수 있고, 따라서 기판(108)의 두께(Ts)가 너무 커서 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304) 및 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)이 기판(108)을 관통하게 개별적으로 연장되지 않을 경우, 향상된 픽셀간 격리 및 누화 감소를 제공할 수 있다.
도 14b를 참조하면, 도 14a의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도(1400B)가 제공되며, 여기서 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)은 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)로부터 이격된다. 또한, 추가적인 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1402)은 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)에 의해 둘러싸이고 그로부터 이격되는 한편, 기판(108)의 전면측(108f) 내로 연장되어 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)에까지 연장된다.
추가적인 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1402)은, 추가적인 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1402)과 기판(108)이 직접 접촉하는 측벽 계면들에서 TIR을 촉진하기 위해 기판(108)보다 높은 굴절률을 갖는 유전체 재료를 포함한다. 측벽 계면들에서 TIR을 촉진함으로써, 방사선(114)은 광검출기(110)를 향해 다시 반사되어 누화를 감소시킬 수 있고, QE, SNR, 및 다른 적합한 성능 메트릭을 향상시킬 수 있다. 추가적인 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1402)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 13a 내지 도 13c가 도 12와 관련하여 기술되었지만, 도 13a 내지 도 13c는 대안적인 실시예들에서 도 14a 및 도 14b 중 어느 것에도 적용 가능하다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 도 14a 및 도 14b 중의 임의의 도면은 도 13a 내지 도 13c 중의 임의의 도면에서의 라인 E-E'를 따라 취해질 수 있다. 또한, 도 13a 내지 도 13c 중 임의의 도면은 도 14a 및 도 14b 중의 임의의 도면에서의 라인 E-E'를 따라 취해질 수 있다.
도 15를 참조하면, 도 12의 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도(1500)가 제공되며, 여기서 이미지 센서는 다수의 픽셀들(106)을 포함하고 있다. 픽셀들(106)은 각각 자신의 대응물이 도 12에 도시되고 기술되는 것과 같다. 또한, 픽셀들(106)은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 공유하고, 개개의 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)을 가진다. 명확성을 위해, 픽셀들(106) 사이의 경계들(602)은 점선으로 구분된다.
도 15가 도 12의 픽셀(106)로 각각 구성된 다수의 픽셀들(106)을 포함하는 이미지 센서를 도시하지만, 도 15의 픽셀들(106)은 각각 대안적인 실시예들에서 도 14a 및 도 14b 중 임의의 도면에서의 픽셀(106)로 구성될 수 있다.
도 16을 참조하면, 도 15의 이미지 센서의 일부 실시예의 상단 레이아웃 도면(1600)이 제공된다. 도 16은, 예를 들어, 도 15의 라인 F-F'에 따라 취해질 수 있고 및/또는 도 15는, 예를 들어, 도 16의 라인 F-F'에 따라 취해질 수 있다.
도 17을 참조하면, 도 1의 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도(1700)가 제공되며, 여기서 광검출기(110)는 보다 상세하게 도시되고, 기판(108)의 전면측(108f) 상의 인터커넥트 구조물(1702)에 전기적으로 연결된다. 광검출기(110)는 제1 컨택트 영역(1704), 가드 링(guard ring)(1706), 및 제2 컨택트 영역들(1708)의 쌍을 포함한다. 또한, 광검출기(110)는, 예를 들어, APD, SPAD, 또는 일부 다른 적합한 타입의 광검출기일 수 있다.
제1 컨택트 영역(1704)은 픽셀(106)의 중심에 있다. 가드 링(1706)은 제1 컨택트 영역(1704)을 둘러싸고, 가드 링 세그먼트들의 쌍을 가진다. 가드 링 세그먼트들은 각각 제1 컨택트 영역의 경계에서 제1 컨택트 영역(1704)의 양측에 있다. 일부 실시예에서, 가드 링(1706)은 위에서 아래로 볼 때 제1 컨택트 영역(1704)의 경계를 따라 폐쇄된 경로로 연장된다. 제1 컨택트 영역(1704) 및 가드 링(1706)은 공통 도핑 타입을 공유하지만, 제1 컨택트 영역(1704)은 더 높은 도핑 농도를 가진다. 또한, 공통 도핑 타입은 기판(108)의 인접 영역들 및/또는 기판(108)의 벌크의 도핑 타입과는 반대이다.
제2 컨택트 영역들(1708)은 각각 픽셀(106)의 주변부에서 가드 링(1706)의 양측에 있다. 일부 실시예에서, 제2 컨택트 영역들(1708)은 가드 링(1706)을 둘러싸고 폐쇄 경로로 연장되는 링 형상의 컨택트 영역의 상이한 세그먼트들에 대응한다. 제2 컨택트 영역들(1708)은 제1 컨택트 영역(1704) 및 가드 링(1706)의 것과 반대되는 공통 도핑 타입을 공유한다.
인터커넥트 구조물(1702)은 전면측 유전체 구조물(118) 내에 있고, 복수의 컨택트들(1710), 복수의 와이어들(1712), 및 복수의 비아들(1714)을 포함한다. 컨택트들(1710)은 제1 및 제2 컨택트 영역들(1704, 1708)로부터 연장되고, 와이어들(1712) 및 비아들(1714)은 컨택트들(1710) 아래에서 교대로 적층되어, 컨택트들(1710)로부터 이어지는 도전성 경로들을 정의하게 된다. 컨택트들(1710), 와이어들(1712), 및 비아들(1714)은, 예를 들어, 금속 및/또는 다른 적합한 도전성 재료들일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 18을 참조하면, 도 1의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도(1800)가 제공되며, 이 이미지 센서는 후면측 조명(BSI) 대신에 전면측 조명(FSI)이다. 따라서, 스페이서 층(124) 및 마이크로 렌즈(126)는 기판(108)의 전면측(108f) 상에 있고, 이미지 센서는 기판(108)의 전면측(108f)로부터 외부 방사선(114ex)을 수신하도록 구성된다. 추가적으로, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 기판(108)의 전체 두께보다 작은 깊이로 기판(108)의 후면측(108f) 내로 연장된다. 대안적인 실시예들에서, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 기판(108)을 완전히 관통하게 연장된다.
도 19a 및 도 19b를 참조하면, 도 18의 이미지 센서의 일부 대안적인 실시예들의 단면도들(1900A, 1900B)이 제공되며, 여기서 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 기판(108)의 전면측(108f) 대신에 기판(108)의 후면측(108b) 내로 연장된다. 도 19a에서, 저투과 층(104) 및 유전체 라이너 층(112)은 기판(108)의 후면측(108b)을 덮지는 않는다. 도 19b에서, 저투과 층(104) 및 유전체 라이너 층은 기판(108)의 후면측(108b)을 덮는다. 또한, 후면측 유전체 구조물(120)은 저투과 층(104) 아래 및 위에 각각 제1 후면측 유전체 층(120a) 및 제2 후면측 유전체 층(120b)으로 분할된다. 제1 후면측 유전체 층(120a) 및/또는 제2 후면측 유전체 층(120b)은, 예를 들어, 도 18의 후면측 유전체 구조물(120)이 기술되는 것과 같을 수 있다.
저투과 층(104)이 기판(108)의 후면측(108b)을 덮고, 높은 반사율을 갖기 때문에, 기판(108)의 후면측(108b)을 가로 질러 저투과 층(104)으로 통과하는 방사선(114)은 광검출기(110)로 다시 반사될 수 있다. 이것은 광검출기(110)에 방사선(114)을 흡수할 또 다른 기회를 제공한다. 따라서, 광검출기(110)의 QE 및 다른 적합한 성능 메트릭은 향상된다.
도 20을 참조하면, 도 18의 이미지 센서의 일부 실시예의 단면도(2000)가 제공되며, 여기서 광검출기(110)는 보다 상세하게 도시되고, 기판(108)의 전면측(108f) 상의 인터커넥트 구조물(1702)에 전기적으로 연결된다. 광검출기(110) 및 인터커넥트 구조물(1702)은 도 17에 기술된 바와 같지만, 예외로 하는 것은, 방사선이 인터커넥트 구조물(1702)을 통해 광검출기(110)로 전달될 수 있도록 하는 인터커넥트 구조물(1702)의 도전성 피처들(예컨대, 컨택트들(1710), 와이어들(1712), 및 비아들(1714))이 제1 컨택트 영역(1704) 바로 아래에서 제거되어 있다는 것이다.
도 3a는 장벽 층(302)을 포함하는 도 1의 이미지 센서의 대안적인 실시예를 도시하지만, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 17, 도 18, 도 19a, 도 19b, 및 도 20 중 임의의 도면 내의 이미지 센서의 대안적인 실시예들은 도 3a에서와 같은 장벽 층(302)을 포함할 수 있다. 도 3b가 추가적인 픽셀간 트렌치 격리 구조물(304)을 포함하는 도 1의 이미지 센서의 대안적인 실시예들을 도시하지만, 도 3a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 15, 및 도 17 중 임의의 도면 내의 이미지 센서의 대안적인 실시예들은 도 3b에서와 같은 추가적인 픽셀내 트렌치 격리 구조물(304)을 포함할 수 있다. 도 4a가 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)이 기판(108)의 전면측(108f) 내로 연장되는 도 1의 이미지 센서의 대안적인 실시예들을 도시하지만, 도 3a, 도 3b, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 15, 및 도 17 중 임의의 도면 내의 이미지 센서의 대안적인 실시예들은 또한 도 4a에서와 같이 기판(108)의 전면측(108f) 내로 연장되는 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 가질 수 있다. 도 4b가 저투과 층(104)의 최상단 표면이 기판(108)의 최상단 표면과 대략 동일 동일한 도 1의 이미지 센서의 대안적인 실시예들을 도시하지만, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 17, 도 18, 도 19a, 도 19b, 및 도 20 중 임의의 도면 내의 이미지 센서의 대안적인 실시예들은 또한 기판(108)의 최상단 표면과 거의 동일한 저투과 층(104)의 최상단 표면을 가질 수 있다. 도 5a 및 도 5b가 확산기(122) 및/또는 유전체 라이너 층(112)의 구성 요소들이 생략된 도 1의 이미지 센서의 대안적인 실시예들을 도시하지만, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 6, 도 8, 도 10, 도 12, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 17, 도 18, 도 19a, 도 19b, 및 도 20 중 임의의 도면 내의 이미지 센서의 대안적인 실시예들은 또한 확산기(122) 및/또는 유전체 라이너 층(112)을 생략할 수 있다. 도 8이 저투과 층(104)이 흡수성이고 유전체 라이너 층(112)이 TIR을 위해 구성되는 도 1의 이미지 센서의 대안적인 실시예들을 도시하지만, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 12, 도 14a, 도 14b, 도 15, 도 17, 도 18, 도 19a, 도 19b, 및 도 20 중 임의의 도면 내의 이미지 센서의 대안적인 실시예들에서 저투과 층(104)은 도 8에서와 같은 흡수성일 수 있고, 유전체 라이너 층(112)은 도 8에서와 같이 TIR을 위해 구성될 수 있다. 도 12가 저투과 층(104)이 흡수성이고 이미지 센서가 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)을 더 포함하는 도 1의 이미지 센서의 대안적인 실시예들을 도시하지만, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 8, 도 10, 도 17, 도 18, 도 19a, 도 19b, 및 도 20 중 임의의 도면 내의 이미지 센서의 대안적인 실시예들에서 저투과 층(104)은 도 12에서와 같이 흡수성일 수 있고, 이미지 센서는 도 12에서와 같이 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)을 더 포함할 수 있다. 도 17이 광검출기(110)가 보다 상세하게 도시되고 인터커넥트 구조물(1702)에 전기적으로 연결되는 도 1의 이미지 센서의 보다 상세한 실시예들을 도시하지만, 대안적인 실시예들에서 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 12, 도 14a, 도 14b, 및 도 15 중 임의의 도면 내의 광검출기(110)는 도 17에 도시된 바와 같을 수 있고 도 17에서와 같이 인터커넥트 구조물(1702)에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 18이 이미지 센서가 FSI인 도 1의 이미지 센서의 대안적인 실시예들을 도시하지만, 도 3a, 도 3b, 도 4a, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 도 6, 도 12, 도 14a, 도 14b, 및 도 15 중 임의의 도면 내의 이미지 센서는 대안적인 실시예들에서 도 18에서와 같은 FSI일 수 있다.
도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29를 참조하면, 픽셀간 트렌치 격리 구조물이 저투과 층에 의해 부분적으로 정의되는 이미지 센서를 형성하는 방법의 일부 실시예의 일련의 단면도들(2100 내지 2600, 2700A, 2700B, 2800, 2900)이 제공된다. 방법은, 예를 들어, 도 1, 도 2, 도 3a, 도 3b, 도 4b, 도 5a, 도 5b, 및 도 6 내지 도 11 중 임의의 도면 내의 이미지 센서 및 다른 적합한 이미지 센서를 형성하는 데 이용될 수 있다.
도 21의 단면도(2100)에 의해 도시된 바와 같이, 광검출기(110)는 기판(108)의 전면측(108f)으로부터의 기판(108) 내에 형성된다. 광검출기(110)는 형성되는 이미지 센서의 픽셀(106)에 대해 개별적이며, 제1 컨택트 영역(1704), 가드 링(1706), 및 한 쌍의 제2 컨택트 영역들(1708)을 포함한다. 제1 컨택트 영역(1704) 및 가드 링(1706)은 기판(108)의 인접 영역들의 것과 반대되는 공통 도핑 타입을 공유한다. 또한, 가드 링(1706)은 제1 컨택트 영역(1704)보다 낮은 도핑 농도를 가진다. 제2 컨택트 영역들(1708)은 제1 컨택트 영역(1704) 및 가드 링(1706)과는 반대되는 도핑 타입을 가진다. 광검출기(110)는, 예를 들어, APD, SPAD, 또는 일부 다른 적합한 타입의 광검출기일 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 광검출기(110)는 일부 다른 적합한 구성을 가진다.
도 22의 단면도(2200)에 의해 도시된 바와 같이, 광검출기(110)를 덮는 전면측 유전체 구조물(118)이 기판(108)의 전면측(108f) 상에 형성된다. 일부 실시예에서, 전면측 유전체 구조물(118)은 전면측 유전체 구조물(118)과 기판(108) 사이의 계면에서 TIR을 촉진하기 위해 그 계면에서 기판(108)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 제1 후면측 유전체 층(120a)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
또한 도 22의 단면도(2200)에 의해 도시된 바와 같이, 인터커넥트 구조물(1702)은 전면측 유전체 구조물(118)에서 광검출기(110)에 전기적으로 연결되게 형성된다. 인터커넥트 구조물(1702)은 복수의 컨택트들(1710), 복수의 와이어들(1712), 및 복수의 비아들(1714)을 포함한다. 컨택트들(1710)은 제1 및 제2 컨택트 영역들(1704, 1708)로부터 연장되고, 와이어들(1712) 및 비아들(1714)은 컨택트들(1710) 위에 교대로 적층되어, 컨택트들(1710)로부터 이어지는 도전성 경로들을 정의하게 된다.
도 23의 단면도(2300)에 의해 도시된 바와 같이, 기판(108)이 뒤집어지므로 기판(108)의 후면측(108b)은 기판(108)의 전면측(108f) 위에 놓이게 된다. 또한, 기판(108)의 후면측(108b)은 광검출기(110) 바로 위에 주기적 패턴(2302)을 형성하도록 패터닝된다. 주기적 패턴은, 예를 들어, 톱니 프로파일 또는 일부 다른 적합한 프로파일을 가질 수 있다. 패터닝은, 예를 들어, 포토리소그래피/에칭 공정 또는 일부 다른 적합한 패터닝 공정에 의해 수행될 수 있다.
도 24의 단면도(2400)에 의해 도시된 바와 같이, 기판(108)의 후면측(108b) 및 주기적 패턴(2302)(예컨대, 도 23 참조)을 덮는 제1 후면측 유전체 층(120a)이 퇴적된다. 제1 후면측 유전체 층(120a)은 제1 후면측 유전체 층(120a)과 기판(108) 사이의 계면에서 TIR을 촉진하기 위해 기판(108)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 또한, 제1 후면측 유전체 층(120a)의 최상단 표면은 적어도 주기적 패턴으로 거칠다. 제1 후면측 유전체 층(120a)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
집합적으로, 제1 후면측 유전체 층(120a) 및 기판(108)은 주기적 패턴(2302)(예컨대, 도 23 참조)의 확산기(122)를 정의한다. 확산기(122)는 기판(108)의 후면측(108b)에서 수신된 외부 방사선(114ex)을 산란시키는 역할을 한다. 이는, 예를 들어, 기판(108)의 전면측(108f)에서의 외부 방사선(114ex)의 입사각을 증가시켜 전면측(108f)에서의 TIR을 증가시킬 수 있다. 기판(108)의 전면측(108f)에서의 TIR을 증가시킴으로써, 더 많은 외부 방사선(114ex)이 광검출기(110)로 다시 반사될 수 있다. 따라서, 광검출기(110)의 QE 및 다른 적합한 성능 메트릭은 향상될 수 있다.
도 25의 단면도(2500)에 의해 도시된 바와 같이, 제1 후면측 유전체 층(120a)의 최상단 표면은 평탄화된다. 평탄화는, 예를 들어, 화학 기계적 연마(CMP) 또는 일부 다른 적합한 평탄화 공정에 의해 수행될 수 있다.
도 26의 단면도(2600)에 의해 도시된 바와 같이, 제1 후면측 유전체 층(120a) 및 기판(108)은 픽셀간 격리 트렌치(2602)를 정의하도록 패터닝된다. 픽셀간 격리 트렌치(2602)는 또한, 예를 들어, 외측 격리 트렌치로 알려질 수 있다. 픽셀간 격리 트렌치(2602)는 픽셀(106)의 경계에서 광검출기(110)의 양측에 각각 세그먼트들의 쌍을 가진다. 일부 실시예에서, 픽셀간 격리 트렌치(2602)는 위에서 아래로 볼 때 픽셀(106)의 경계를 따라 폐쇄된 경로로 연장되어, 광검출기(110)를 둘러싸게 된다. 또한, 일부 실시예에서, 픽셀간 격리 트렌치(2602)는 도 2 또는 도 7의 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)과 동일한 상단 레이아웃을 가진다. 패터닝은, 예를 들어, 포토리소그래피/에칭 공정 또는 일부 다른 적합한 패터닝 공정에 의해 수행될 수 있다.
도 27a의 단면도(2700A)에 의해 도시된 바와 같이, 픽셀간 격리 트렌치(2602)(예컨대, 도 26 참조)를 충전하는 유전체 라이너 층(112) 및 저투과 층(104)이 퇴적된다. 유전체 라이너 층(112)은 저투과 층(104)에 앞서 퇴적되고, 기판(108)과 저투과 층(104)을 전기적으로 분리시킨다. 유전체 라이너 층(112)은, 예를 들어, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물, 일부 다른 적합한 유전체(들), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)은 또한 저투과 층(104)에 대한 확산 장벽으로서 작용한다. 예를 들어, 유전체 라이너 층(112)은 알루미늄 산화물일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 반면, 저투과 층(104)은 구리일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 적합한 재료들도 사용 가능하다. 일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)은 기판(108)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 예를 들어, 유전체 라이너 층(112)은 실리콘 산화물일 수 있거나 이를 포함할 수 있는 반면, 기판(108)은 실리콘일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
유전체 라이너 층(112)은 방사선에 대한 낮은 흡수율을 갖고, 일부 실시예에서 방사선에 대한 높은 투과율을 가진다. 낮은 흡수율은, 예를 들어, 입사 방사선의 약 10 %, 5 %, 1 %, 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 낮은 흡수율일 수 있다. 높은 투과율은, 예를 들어, 입사 방사선의 약 90 %, 95 %, 99 %, 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 높은 투과율일 수 있다. 낮은 흡수율은 QE 손실을 최소화하는 반면 높은 투과율은 방사선이 저투과 층(104)에 방해받지 않고 통과할 수 있게 한다. 일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)은 방사선에 대해 투명하다.
일부 실시예에서, 낮은 흡수율 및 높은 투과율을 달성하기 위해, 유전체 라이너 층(112)의 두께(Tdll)는 작다. 두께(Tdll)는, 예를 들어, 약 100 나노미터, 약 50 나노미터, 약 10 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값 미만으로 작을 수 있다. 또한, 두께(Tdll)는, 예를 들어, 약 10 내지 100 나노미터, 약 10 내지 55 나노미터, 약 55 내지 100 나노미터, 약 20 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값으로 작을 수 있다. 두께(Tdll)가 너무 작으면(예컨대, 약 10 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값 미만이면), 유전체 라이너 층(112)은 저투과 층(104)을 기판(108)과 전기적으로 분리시키지 못할 수 있다. 두께(Tdll)가 너무 크면(예컨대, 약 100 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 크면), 유전체 라이너 층(112)은 저투과 층(104)으로 이동하는 방사선(114)을 흡수할 수 있거나 이와는 달리 이를 방해할 수 있다.
유전체 라이너 층(112)은, 예를 들어, 열 산화에 의해 퇴적될 수 있으므로, 유전체 라이너 층(112)은 기판(108)으로부터 성장하지만 제1 후면측 유전체 층(120a)으로부터는 성장하지 않거나 최소로 성장한다. 대안적으로, 유전체 라이너 층(112)은 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 또는 일부 다른 적합한 증착 공정에 의해 퇴적될 수 있다.
저투과 층(104)은 픽셀간 격리 트렌치(2602) 내에서 유전체 라이너 층(112) 위에 놓이고, 제1 후면측 유전체 층(120a)을 더 덮는다. 저투과 층(102)은 방사선에 대한 투과율이 낮으므로 그 저투과 층에 입사되는 대부분의 또는 모든 방사선을 차단한다. 일부 실시예에서, 낮은 투과율은 방사선의 약 1 %, 5 %, 10 %, 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 낮은 투과율이다. 일부 실시예에서, 저투과 층(104)은 방사선에 대해 불투명하다. 저투과 층(104)은 추가로 방사선에 대해 높은 반사율을 가진다. 높은 반사율은, 예를 들어, 방사선의 약 80 %, 90 %, 95 %, 또는 일부 다른 적합한 백분율보다 높은 반사율일 수 있다.
저투과 층(104)의 낮은 투과율과 저투과 층(104)의 높은 반사율은 저투과 층(104)을 구성하는 재료의 고유한 속성들에 기인하며, TIR에 의존하지는 않는다. 일부 실시예에서, 저투과 층(104)은 금속 및/또는 일부 다른 적합한 도전성 재료(들)이다. 금속은, 예를 들어, 구리, 알루미늄, 은, 일부 다른 적합한 금속(들), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예들에서, 저투과 층(104)은 유전체 및/또는 일부 다른 적합한 재료(들)이다. 저투과 층(104)이 유전체인 적어도 일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)의 퇴적은 생략될 수 있고, 저투과 층(104)은 픽셀간 격리 트렌치(2602) 내의 기판(108) 상에 직접 퇴적될 수 있다.
픽셀간 격리 트렌치(2602)를 충전하는 저투과 층(104) 및 유전체 라이너 층(112)은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 정의한다. 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)의 상단 레이아웃은, 예를 들어, 도 2, 도 7, 도 9, 및 도 11 중 임의의 도면 내의 것과 같을 수 있다. 저투과 층(104)이 낮은 투과율 및 높은 반사율을 가지기 때문에, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(104)은 또한 낮은 투과율 및 높은 반사율을 가진다. 낮은 투과율로 인해, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 방사선이 픽셀(106)에서 이웃하는 픽셀들(도시되지 않음)로 또는 그 반대로 통과하는 것을 감소시킬 수 있고, 따라서 누화를 감소시킬 수 있다. 누화를 감소시킴으로써, 광검출기(110)의 SNR 및 다른 적합한 성능 메트릭이 향상될 수 있다. 높은 반사율로 인해, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 입사되는 방사선을 광검출기(110)를 향해 다시 반사시킬 수 있다. 이것은 광검출기(110)에 방사선을 흡수할 또 다른 기회를 제공하여, 광검출기(110)의 QE, SNR, 및 다른 적합한 성능 메트릭을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 광검출기(110)는 고전압에서 역방향 바이어스 상태로 동작한다. 예를 들어, 광검출기(110)는 APD, SPAD, 또는 일부 다른 적합한 타입의 광검출기일 수 있다. 광검출기(110)가 고전압에서 동작할 수 있기 때문에, 광검출기(110)는 핫 캐리어 발광(116)(개략적으로 별로 도시됨)이 발생하는 경향이 있을 수 있다. 핫 캐리어 발광(116)은 핫 캐리어 방사선(114hc)을 임의의 방향으로 방출할 수 있으며, 이는 TIR에 의해 핫 캐리어 방사선(114hc)를 효율적으로 차단하는 것을 어렵게 만든다. TIR은 이른바 임계각을 초과하는 입사각에 의존한다.
픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 낮은 투과율을 갖고, 낮은 투과율로 인해 TIR에 의존하지 않기 때문에, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 입사각에 관계없이 핫 캐리어 방사선(114hc)을 차단할 수 있다. 그 결과, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 핫 캐리어 발광(116)으로부터의 누화를 효율적으로 감소시킬 수 있다. 또한, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 높은 반사율을 갖고, 높은 반사율로 인해 TIR에 의존하지 않기 때문에, 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은 입사각에 관계없이 핫 캐리어 방사선(114hc)을 반사시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 도 26의 패터닝 및 유전체 라이너 층(112)의 퇴적은, 픽셀간 격리 트렌치(2602) 내의 저투과 층(104)의 폭(Wltl)이 약 100 나노미터, 약 200 나노미터, 약 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값보다 크도록 조정된다. 또한, 일부 실시예에서, 폭(Wltl)은 약 100 내지 200 나노미터, 약 200 내지 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값이다. 폭(Wltl)이 너무 작으면(예컨대, 약 100 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값 미만이면), 저투과 층(104)은 높은 투과율을 가질 수 있고, 따라서 누화가 높을 수 있다. 폭(Wltl)이 너무 크면(예컨대, 약 500 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 크면), 광검출기(110)의 사이즈는 작을 수 있고 및/또는 픽셀(106)의 사이즈가 클 수 있다. 전자는 광검출기(110)의 성능을 저하시키고 후자는 픽셀 밀도를 저하시킨다.
도 27b의 단면도(2700B)에 의해 도시된 바와 같이, 대안적인 실시예들에 따라, 픽셀간 격리 트렌치(2602)(예컨대, 도 26 참조)를 충전하는 유전체 라이너 층(112) 및 저투과 층(104)이 퇴적된다. 다시 말해서, 도 27a 및 도 27b는 서로의 대안이고, 따라서 각각은 도 26으로부터 진행되는 퇴적을 개별적으로 도시한다. 도 27a와 대조적으로, 도 27b의 저투과 층(104)은 높은 반사율 대신 높은 흡수율을 가진다. 그 결과, 방사선은 저투과 층(104)에 의해, 반사되는 대신에, 대부분 흡수된다. 높은 흡수율은, 예를 들어, 약 80 %, 90 %, 또는 95 %보다 큰 흡수율일 수 있다. 그러나, 다른 적합한 백분율들도 사용 가능하다.
픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)이 입사되는 대부분의 방사선을 흡수한다면, QE 손실은 높을 것이고, 따라서 QE는 불량할 것이다. 따라서, 유전체 라이너 층(112)은 유전체 라이너 층(112)과 기판(108)이 직접 접촉하는 측벽 계면들에서 TIR을 촉진하도록 구성된다. 측벽 계면들에서의 TIR은 방사선이 저투과 층(104)에 도달하기 전에 대부분의 방사선을 반사시키고, 저투과 층(104)은 TIR에 의해 반사되지 않고 유전체 라이너 층(112)을 통과하는 임의의 방사선을 흡수하므로, QE 손실과 누화가 모두 낮다.
측벽 계면들에서 TIR을 촉진시키기 위해, 유전체 라이너 층(112)은 기판(108)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 추가적으로, 유전체 라이너 층(112)은 TIR을 증가시키고 QE 손실을 최소화하기 위한 두께(Tdll)를 가진다. 일반적으로, 두께(Tdll)가 클수록, 측벽 계면들에서의 TIR은 더 크고, 따라서 QE 손실은 더 적다. 두께(Tdll)는, 예를 들어, 약 100 나노미터, 약 200 나노미터, 약 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값보다 클 수 있다. 또한, 두께(Tdll)는, 예를 들어, 약 100 내지 200 나노미터, 약 200 나노미터, 약 200 내지 약 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값일 수 있다.
두께(Tdll)가 너무 작으면(예컨대, 약 100 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 작으면), 측벽 계면들에서의 TIR은 낮을 수 있고 QE 손실은 클 수 있다. 따라서, 광검출기(110)의 QE 및 다른 적합한 성능 메트릭은 낮을 수 있다. 두께(Tdll)가 너무 크면(예컨대, 약 500 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 크면), 광검출기(110)의 사이즈는 작을 수 있고 및/또는 픽셀(106)의 사이즈는 클 수 있다. 전자는 불량 성능으로 이어지고, 후자는 낮은 픽셀 밀도로 이어진다.
일부 실시예에서, 저투과 층(104)은 금속, 도전성 세라믹, 일부 다른 적합한 도전성 재료(들), 또는 이들의 임의의 조합이다. 금속은, 예를 들어, 텅스텐 및/또는 일부 다른 적합한 금속(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 도전성 세라믹은, 예를 들어, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 일부 다른 적합한 도전성 세라믹(들), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 28의 단면도(2800)에 의해 도시된 바와 같이, 저투과 층(104)의 최상단 표면은 제1 후면측 유전체 층(120a)을 노출시키도록 리세싱된다. 리세싱은 도 27a 및 도 27b 중 어느 하나에서 저투과 층(104)에 대해 수행될 수 있지만, 도 27a에서는 저투과 층(104)을 사용하여 도시된다. 전술한 바와 같이, 도 27a 및 도 27b는 서로의 대안이다. 일부 실시예에서, 리세싱은 저투과 층(104)의 최상단 표면이 제1 후면측 유전체 층(120a)의 최상단 표면과 대략 동일할 때까지 지속된다. 다른 실시예들에서, 리세싱은 저투과 층(104)의 최상단 표면이 기판(108)의 최상단 표면과 대략 동일할 때까지 지속된다. 일부 실시예에서, 리세싱은 또한 저투과 층(104)의 최상단 표면을 평탄화시킨다. 리세싱은, 예를 들어, 에칭백, CMP, 일부 다른 적합한 공정, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 수행될 수 있다.
도 29의 단면도(2900)에 의해 도시된 바와 같이, 제2 후면측 유전체 층(120b) 및 스페이서 층(124)은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102) 및 제1 후면측 유전체 층(120a) 위에 퇴적된다. 또한, 마이크로 렌즈(126)는 스페이서 층(124) 위에 형성된다. 제2 후면측 유전체 층(120b) 및 스페이서 층(124)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29가 방법의 다양한 실시예들을 참조하여 기술되고 있지만, 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29에 도시된 구조물들은 방법에 제한되지는 않고 오히려 방법과는 별개로 독립적일 수 있음을 이해할 것이다. 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29가 일련의 동작들로서 기술되지만, 그 동작들의 순서는 다른 실시예들에서 변경될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29가 특정 동작 세트로서 도시하고 기술하지만, 도시 및/또는 기술된 일부 동작은 다른 실시예들에서 생략될 수 있다. 또한, 도시 및/또는 기술되지 않은 동작들은 다른 실시예들에 포함될 수 있다.
도 30을 참조하면, 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29의 방법의 일부 실시예의 블럭 다이어그램(3000)이 제공된다.
3002에서, 기판의 전면측으로부터의 기판 내에 광검출기를 형성한다. 예를 들어, 도 21이 참조된다.
3004에서, 광검출기를 덮고 광검출기에 전기적으로 연결되는 인터커넥트 구조물을 기판의 전면측 상에 형성한다. 예를 들어, 도 22가 참조된다.
3006에서, 광검출기 위에 가로놓이게 주기적 패턴을 형성하기 위해 기판의 후면측을 패터닝한다. 예를 들어, 도 23이 참조된다.
3008에서, 기판의 후면측 및 주기적 패턴을 덮게 제1 후면측 유전체 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 24가 참조된다.
3010에서, 제1 후면측 유전체 층의 최상단 표면을 평탄화한다. 예를 들어, 도 25가 참조된다.
3012에서, 광검출기가 위치하는 픽셀의 경계를 따라 광검출기를 둘러싸는 픽셀간 격리 트렌치를 형성하기 위해 제1 후면측 유전체 층 및 기판의 후면측을 패터닝한다. 예를 들어, 도 26이 참조된다.
3014에서, 픽셀간 격리 트렌치를 라이닝하고 부분적으로 충전하는 유전체 라이너 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 27a 및 도 27b가 참조된다.
3016에서, 유전체 라이너 층 위의 픽셀간 격리 트렌치를 충전하고 제1 후면측 유전체 층을 덮는 저투과 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 27a 및 도 27b가 참조된다. 저투과 층은, 예를 들어, 금속, 도전성 세라믹, 일부 다른 적합한 재료들, 또는 이들의 임의의 조합일 수 있다. 또한, 저투과 층은, 예를 들어, 높은 반사율 또는 높은 흡수율을 가질 수 있다.
3018에서, 제1 후면측 유전체 층을 노출시키도록 저투과 층의 최상단 표면을 리세싱한다. 예를 들어, 도 28이 참조된다.
3020에서, 제1 후면측 유전체 층 및 저투과 층을 덮는 제2 후면측 유전체 층 및 스페이서 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 29가 참조된다.
3022에서, 광검출기를 덮는 마이크로 렌즈를 스페이서 층 위에 형성한다. 예를 들어, 도 29가 참조된다.
도 30의 블럭 다이어그램(3000)이 본원에서 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 도시되고 기술되고 있지만, 그러한 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서는 제한적인 의미로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 동작은 본원에 도시되고 및/또는 기술된 것 외에도 다른 동작들 또는 이벤트들과는 상이한 순서로 및/또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 본원에 설명된 하나 이상의 양태 또는 실시예를 구현하는 데 도시된 모든 동작이 요구되는 것은 아니며, 본원에 도시된 하나 이상의 동작은 하나 이상의 개별 동작 및/또는 단계로 수행될 수 있다.
도 31 내지 도 33, 도 34a, 도 34b, 도 35, 및 도 36을 참조하면, 도 31 내지 도 33, 도 34a, 도 34b, 도 35, 및 도 36의 방법의 일부 대안적인 실시예들의 일련의 단면도들(3100 내지 3300, 3400A, 3400B, 3500, 3600)이 제공되며, 여기서 유전체 라이너 층(112) 및 제1 후면측 유전체 층이 함께 통합된다.
도 31의 단면도(3100)에 의해 도시된 바와 같이, 도 21 내지 도 23에서의 동작들이 수행된다. 광검출기(110)는 도 21과 관련하여 기술된 바와 같이 기판(108)의 전면측(108f)으로부터의 기판(108) 내에 형성된다. 광검출기(110)를 덮는 전면측 유전체 구조물(118) 및 인터커넥트 구조물(1702)이 도 22와 관련하여 기술된 바와 같이 기판(108)의 전면측(108f) 상에 형성된다. 기판(108)의 후면측(108b)은 도 23과 관련하여 기술된 바와 같이 광검출기(110) 바로 위에 주기적 패턴(2302)을 형성하도록 패터닝된다.
또한 도 31의 단면도(3100)에 의해 도시된 바와 같이, 기판(108)은 픽셀간 격리 트렌치(2602)를 정의하도록 패터닝된다. 픽셀간 격리 트렌치(2602)는 광검출기(110)의 양측에 각각 세그먼트들의 쌍을 가진다. 일부 실시예에서, 픽셀간 격리 트렌치(2602)는 위에서 아래로 볼 때 픽셀(106)의 경계를 따라 폐쇄된 경로로 연장되어, 광검출기(110)를 둘러싸게 된다. 또한, 일부 실시예에서, 픽셀간 격리 트렌치(2602)는 도 2 또는 도 7의 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)과 동일한 상단 레이아웃을 가진다. 패터닝은, 예를 들어, 포토리소그래피/에칭 공정 또는 일부 다른 적합한 패터닝 공정에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 픽셀간 격리 트렌치(2602)를 형성하기 위한 패터닝은 주기적 패턴(2302)을 형성하기 위한 패터닝과는 독립적이다. 예를 들어, 픽셀간 격리 트렌치(2602) 및 주기적 패턴(2302)은 상이한 마스크들을 이용한 상이한 포토리소그래피/에칭 공정들을 사용하여 형성될 수 있다.
도 32의 단면도(3200)에 의해 도시된 바와 같이, 기판(108)의 후면측(108b)을 덮고 픽셀간 격리 트렌치(2602)를 라이닝하는 제1 후면측 유전체 층(120a)이 퇴적된다. 제1 후면측 유전체 층(120a)은 제1 후면측 유전체 층(120a)과 기판(108) 사이의 계면에서 TIR을 촉진하기 위해 기판(108)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 또한, 제1 후면측 유전체 층(120a)의 최상단 표면은 적어도 주기적 패턴으로 거칠다(예컨대, 도 31 참조). 제1 후면측 유전체 층(120a)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
유전체 라이너 층(112)은, 예를 들어, CVD, PVD, 또는 일부 다른 적합한 증착 공정에 의해 퇴적될 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 후면측 유전체 층(120a)의 두께(Tfbd)는 증착 공정으로 인해 제1 후면측 유전체 층(120a)의 측벽들에서보다 제1 후면측 유전체 층(120a)의 저면 및 제1 후면측 유전체 층(120a)의 최상단 표면에서 더 크다.
집합적으로, 제1 후면측 유전체 층(120a) 및 기판(108)은 주기적 패턴(2302)(예컨대, 도 31 참조)의 확산기(122)를 정의한다. 확산기(122)는 기판(108)의 후면측(108b)에서 수신된 외부 방사선(114ex)을 산란시키는 역할을 한다. 또한, 픽셀간 격리 트렌치(2602) 내의 제1 후면측 유전체 층(120a)의 일부는 유전체 라이너 층(112)을 정의한다. 제1 후면측 유전체 층(120a)의 일부로서 형성되는 것 외에, 유전체 라이너 층(112)은, 예를 들어, 도 27a 및 도 27b와 관련하여 기술된 바와 같을 수 있다.
도 33의 단면도(3300)에 의해 도시된 바와 같이, 제1 후면측 유전체 층(120a)의 최상단 표면은 평탄화된다. 또한, 제1 후면측 유전체 층(120a)은 제1 후면측 유전체 층(120a)의 상단 및 저면들에서의 제1 후면측 유전체 층(120a)의 두께(Tfbd)를 감소시키기 위해 에칭백된다. 평탄화는, 예를 들어, CMP 및/또는 일부 다른 적합한 평탄화 공정에 의해 수행될 수 있다.
도 34a 및 도 34b의 단면도(3400A, 3400B)에 의해 도시된 바와 같이, 픽셀간 격리 트렌치(2602)(예컨대, 도 33 참조)를 충전하는 저투과 층(104)이 유전체 라이너 층(112) 위에 퇴적된다. 도 34a 및 도 34b는 서로의 대안이고, 따라서 각각은 퇴적을 개별적으로 도시한다. 도 34a는 도 33으로부터 진행되는 반면, 도 34b는 도 33의 대안적인 실시예들로부터 진행되며, 여기서 유전체 라이너 층(112)이 더 작은 두께(Tdll)로 퇴적되거나 형성된다.
도 34a에서, 저투과 층(104) 및 유전체 라이너 층(112)은 도 27b와 관련하여 기술된 바와 같이 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 정의한다. 저투과 층(104)은 낮은 투과율과 높은 흡수율을 갖는 반면, 유전체 라이너 층(112)은 TIR을 위해 구성된다. 유전체 라이너 층(112)은 TIR에 의해 방사선을 반사시키며, 저투과 층(104)은 TIR에 의해 반사되지 않은 방사선을 흡수하여, 각각 QE를 증가시키고 누화를 감소시킨다. 도 34b에서, 저투과 층(104) 및 유전체 라이너 층(112)은 도 27a와 관련하여 기술되는 바와 같이 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 정의한다. 저투과 층(104)은 낮은 투과율과 높은 반사율을 갖는 반면, 유전체 라이너 층(112)은 낮은 흡수율을 가진다. 일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)은 투명하다. 저투과 층(104)은 방사선을 반사시켜, 누화를 줄이고 QE를 증가시킨다.
도 35의 단면도(3500)에 의해 도시된 바와 같이, 저투과 층(104)의 최상단 표면은 도 28과 관련하여 기술되는 바와 같이 제1 후면측 유전체 층(120a)을 노출시키도록 리세싱된다. 리세싱은 도 34a 및 도 34b 중 어느 하나에서 저투과 층(104)에 대해 수행될 수 있지만, 도 34a에서는 저투과 층(104)을 사용하여 도시된다. 전술한 바와 같이, 도 34a 및 도 34b는 서로의 대안이다.
도 36의 단면도(3600)에 의해 도시된 바와 같이, 제2 후면측 유전체 층(120b) 및 스페이서 층(124)은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102) 및 제1 후면측 유전체 층(120a) 위에 퇴적된다. 또한, 마이크로 렌즈(126)는 스페이서 층(124) 위에 형성된다. 제2 후면측 유전체 층(120b) 및 스페이서 층(124)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 31 내지 도 33, 도 34a, 도 34b, 도 35, 및 도 36이 방법의 다양한 실시예들을 참조하여 기술되고 있지만, 도 31 내지 도 33, 도 34a, 도 34b, 도 35, 및 도 36에 도시된 구조물들은 방법에 제한되지는 않고 오히려 방법과는 별개로 독립적일 수 있음을 이해할 것이다. 도 31 내지 도 33, 도 34a, 도 34b, 도 35, 및 도 36이 일련의 동작들로서 기술되지만, 그 동작들의 순서는 다른 실시예들에서 변경될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 도 31 내지 도 33, 도 34a, 도 34b, 도 35, 및 도 36이 특정 동작 세트로서 도시하고 기술하지만, 도시 및/또는 기술된 일부 동작은 다른 실시예들에서 생략될 수 있다. 또한, 도시 및/또는 기술되지 않은 동작들은 다른 실시예들에 포함될 수 있다.
도 37을 참조하면, 도 31 내지 도 33, 도 34a, 도 34b, 도 35, 및 도 36의 방법의 일부 실시예의 블럭 다이어그램(3700)이 제공된다.
3702에서, 기판의 전면측으로부터의 기판 내에 광검출기를 형성한다. 예를 들어, 도 31 및 도 21이 참조된다.
3704에서, 광검출기를 덮고 광검출기에 전기적으로 연결되는 인터커넥트 구조물을 기판의 전면측 상에 형성한다. 예를 들어, 도 31 및 도 22가 참조된다.
3706에서, 광검출기 위에 가로놓이게 주기적 패턴을 형성하기 위해 기판의 후면측을 패터닝한다. 예를 들어, 도 31 및 도 23이 참조된다.
3708에서, 광검출기가 위치하는 픽셀의 경계를 따라 광검출기를 둘러싸는 픽셀간 격리 트렌치를 형성하기 위해 기판의 후면측을 패터닝한다. 예를 들어, 도 31이 참조된다.
3710에서, 기판의 후면측을 덮고 픽셀간 격리 트렌치를 라이닝하는 제1 후면측 유전체 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 32가 참조된다.
3712에서, 제1 후면측 유전체 층의 최상단 표면을 평탄화하고 에칭백한다. 예를 들어, 도 33이 참조된다.
3714에서, 픽셀간 격리 트렌치를 충전하고 제1 후면측 유전체 층을 덮는 저투과 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 34a 및 도 34b가 참조된다.
3716에서, 제1 후면측 유전체 층을 노출시키도록 저투과 층의 최상단 표면을 리세싱한다. 예를 들어, 도 35가 참조된다.
3718에서, 제1 후면측 유전체 층 및 저투과 층을 덮는 제2 후면측 유전체 층 및 스페이서 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 36이 참조된다.
3720에서, 광검출기를 덮는 마이크로 렌즈를 형성한다. 예를 들어, 도 36이 참조된다.
도 37의 블럭 다이어그램(3700)이 본원에서 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 도시되고 기술되고 있지만, 그러한 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서는 제한적인 의미로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 동작은 본원에 도시되고 및/또는 기술된 것 외에도 다른 동작들 또는 이벤트들과는 상이한 순서로 및/또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 본원에 설명된 하나 이상의 양태 또는 실시예를 구현하는 데 도시된 모든 동작이 요구되는 것은 아니며, 본원에 도시된 하나 이상의 동작은 하나 이상의 개별 동작 및/또는 단계로 수행될 수 있다.
도 38, 도 39, 도 40a, 도 40b, 도 41, 및 도 42를 참조하면, 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29의 방법의 일부 대안적인 실시예들의 일련의 단면도들(3800, 3900, 4000A, 4000B, 4100, 4200)이 제공되며, 여기서 제1 후면측 유전체 층(120a)을 덮는 유전체 라이너 층(112)이 퇴적된다.
도 38의 단면도(3800)에 의해 도시된 바와 같이, 도 21 내지 도 26에서의 동작들이 수행된다. 광검출기(110)는 도 21과 관련하여 기술된 바와 같이 기판(108)의 전면측(108f)으로부터의 기판(108) 내에 형성된다. 광검출기(110)를 덮는 전면측 유전체 구조물(118) 및 인터커넥트 구조물(1702)이 도 22와 관련하여 기술된 바와 같이 기판(108)의 전면측(108f) 상에 형성된다. 기판(108)의 후면측(108b)은 도 23과 관련하여 기술된 바와 같이 광검출기(110) 바로 위에 주기적 패턴을 형성하도록 패터닝된다. 도 24와 관련하여 기술된 바와 같이 기판(108)의 후면측(108b) 및 주기적 패턴을 덮게 제1 후면측 유전체 층(120a)이 퇴적된다. 집합적으로, 제1 후면측 유전체 층(120a) 및 기판(108)은 주기적 패턴의 확산기(122)를 정의한다. 제1 후면측 유전체 층(120a)의 최상단 표면은 도 25와 관련하여 기술된 바와 같이 평탄화된다. 제1 후면측 유전체 층(120a) 및 기판(108)은 도 26과 관련하여 기술된 바와 같이 픽셀간 격리 트렌치(2602)를 정의하도록 패터닝된다.
도 38의 단면도(3800)에 의해 도시된 바와 같이, 제1 후면측 유전체 층(120a)을 덮고 픽셀간 격리 트렌치(2602)를 라이닝하는 유전체 라이너 층(112)이 퇴적된다. 유전체 라이너 층(112)은, 예를 들어, CVD, PVD, 또는 일부 다른 적합한 증착 공정에 의해 퇴적될 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)의 두께(Tdll)는 증착 공정으로 인해 유전체 라이너 층(112)의 측벽들에서보다 유전체 라이너 층(112)의 상단 및 저면들에서 더 크다. 유전체 라이너 층(112)은, 예를 들어, 도 27a 및 도 27b와 관련하여 기술된 바와 같을 수 있다.
도 39의 단면도(3900)에 의해 도시된 바와 같이, 유전체 라이너 층(112)은 유전체 라이너 층(112)의 상단 및 저면들에서의 유전체 라이너 층(112)의 두께(Tdll)를 감소시키기 위해 에칭백된다.
도 40a 및 도 40b의 단면도(4000A, 4000B)에 의해 도시된 바와 같이, 픽셀간 격리 트렌치(2602)(예컨대, 도 39 참조)를 충전하는 저투과 층(104)이 유전체 라이너 층(112) 위에 퇴적된다. 도 40a 및 도 40b는 서로의 대안이고, 따라서 각각은 퇴적을 개별적으로 도시한다. 도 40a는 도 39으로부터 진행되는 반면, 도 40b는 도 39의 대안적인 실시예들로부터 진행되며, 여기서 유전체 라이너 층(112)이 더 작은 두께(Tdll)로 퇴적되거나 형성된다.
도 40a에서, 저투과 층(104) 및 유전체 라이너 층(112)은 도 27b와 관련하여 기술된 바와 같이 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 정의한다. 저투과 층(104)은 낮은 투과율과 높은 흡수율을 갖는 반면, 유전체 라이너 층(112)은 TIR을 위해 구성된다. 유전체 라이너 층(112)은 TIR에 의해 방사선을 반사시키며, 저투과 층(104)은 TIR에 의해 반사되지 않은 방사선을 흡수하여, 각각 QE를 증가시키고 누화를 감소시킨다. 도 40b에서, 저투과 층(104) 및 유전체 라이너 층(112)은 도 27a와 관련하여 기술되는 바와 같이 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 정의한다. 저투과 층(104)은 낮은 투과율과 높은 반사율을 갖는 반면, 유전체 라이너 층(112)은 낮은 흡수율을 가진다. 일부 실시예에서, 유전체 라이너 층(112)은 투명하다. 저투과 층(104)은 방사선을 반사시켜, 누화를 줄이고 QE를 증가시킨다.
도 41의 단면도(4100)에 의해 도시된 바와 같이, 저투과 층(104)의 최상단 표면은 도 28과 관련하여 기술되는 바와 같이 제1 후면측 유전체 층(120a)을 노출시키도록 리세싱된다. 리세싱은 도 40a 및 도 40b 중 어느 하나에서 저투과 층(104)에 대해 수행될 수 있지만, 도 40a에서는 저투과 층(104)을 사용하여 도시된다. 전술한 바와 같이, 도 40a 및 도 40b는 서로의 대안이다.
도 42의 단면도(4200)에 의해 도시된 바와 같이, 제2 후면측 유전체 층(120b) 및 스페이서 층(124)은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102) 및 제1 후면측 유전체 층(120a) 위에 퇴적된다. 또한, 마이크로 렌즈(126)는 스페이서 층(124) 위에 형성된다. 제2 후면측 유전체 층(120b) 및 스페이서 층(124)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 38, 도 39, 도 40a, 도 40b, 도 41, 및 도 42가 방법의 다양한 실시예들을 참조하여 기술되고 있지만, 도 38, 도 39, 도 40a, 도 40b, 도 41, 및 도 42에 도시된 구조물들은 방법에 제한되지는 않고 오히려 방법과는 별개로 독립적일 수 있음을 이해할 것이다. 도 38, 도 39, 도 40a, 도 40b, 도 41, 및 도 42가 일련의 동작들로서 기술되지만, 그 동작들의 순서는 다른 실시예들에서 변경될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 도 38, 도 39, 도 40a, 도 40b, 도 41, 및 도 42가 특정 동작 세트로서 도시하고 기술하지만, 도시 및/또는 기술된 일부 동작은 다른 실시예들에서 생략될 수 있다. 또한, 도시 및/또는 기술되지 않은 동작들은 다른 실시예들에 포함될 수 있다.
도 43을 참조하면, 도 38, 도 39, 도 40a, 도 40b, 도 41, 및 도 42의 방법의 일부 실시예의 블럭 다이어그램(4300)이 제공된다.
4302에서, 기판의 전면측으로부터의 기판 내에 광검출기를 형성한다. 예를 들어, 도 38 및 도 21이 참조된다.
4304에서, 광검출기를 덮고 광검출기에 전기적으로 연결되는 인터커넥트 구조물을 기판의 전면측 상에 형성한다. 예를 들어, 도 38 및 도 22가 참조된다.
4306에서, 광검출기 위에 가로놓이게 주기적 패턴을 형성하기 위해 기판의 후면측을 패터닝한다. 예를 들어, 도 38 및 도 23이 참조된다.
4308에서, 기판의 후면측 및 주기적 패턴을 덮는 제1 후면측 유전체 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 38 및 도 24가 참조된다.
4310에서, 제1 후면측 유전체 층의 최상단 표면을 평탄화한다. 예를 들어, 도 38 및 도 25가 참조된다.
4312에서, 광검출기가 위치하는 픽셀의 경계를 따라 광검출기를 둘러싸는 픽셀간 격리 트렌치를 형성하기 위해 제1 후면측 유전체 층 및 기판의 후면측을 패터닝한다. 예를 들어, 도 38 및 도 36이 참조된다.
4314에서, 픽셀간 격리 트렌치를 라이닝하고 제1 후면측 유전체 층을 덮는 유전체 라이너 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 38이 참조된다.
4316에서, 유전체 라이너 층을 에칭백한다. 예를 들어, 도 39가 참조된다.
4318에서, 유전체 라이너 층 위의 픽셀간 격리 트렌치를 충전하고 제1 후면측 유전체 층을 덮는 저투과 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 40a 및 도 40b가 참조된다.
4320에서, 제1 후면측 유전체 층을 노출시키도록 저투과 층의 최상단 표면을 리세싱한다. 예를 들어, 도 41이 참조된다.
4322에서, 제1 후면측 유전체 층 및 저투과 층을 덮는 제2 후면측 유전체 층 및 스페이서 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 42가 참조된다.
4324에서, 광검출기를 덮는 마이크로 렌즈를 스페이서 층 위에 형성한다. 예를 들어, 도 42가 참조된다.
도 43의 블럭 다이어그램(4300)이 본원에서 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 도시되고 기술되고 있지만, 그러한 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서는 제한적인 의미로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 동작은 본원에 도시되고 및/또는 기술된 것 외에도 다른 동작들 또는 이벤트들과는 상이한 순서로 및/또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 본원에 설명된 하나 이상의 양태 또는 실시예를 구현하는 데 도시된 모든 동작이 요구되는 것은 아니며, 본원에 도시된 하나 이상의 동작은 하나 이상의 개별 동작 및/또는 단계로 수행될 수 있다.
도 44 내지 도 47, 도 48a, 도 48b, 도 49, 및 도 50을 참조하면, 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29의 방법의 일부 대안적인 실시예들의 일련의 단면도들(4400 내지 4700, 4800A, 4800B, 4900, 및 5000)이 제공되며, 여기서 이미지 센서는 픽셀내 트렌치 격리 구조물을 더 포함하고 있다. 방법은, 예를 들어, 도 12, 도 13a 내지 도 13c, 도 14a, 도 14b, 도 15, 및 도 16 중 임의의 도면 내의 이미지 센서 및 다른 적합한 이미지 센서들을 형성하는 데 이용될 수 있다.
도 44의 단면도(4400)에 의해 도시된 바와 같이, 도 21 내지 도 23에서의 동작들이 수행된다. 광검출기(110)는 도 21과 관련하여 기술된 바와 같이 기판(108)의 전면측(108f)으로부터의 기판(108) 내에 형성된다. 광검출기(110)를 덮는 전면측 유전체 구조물(118) 및 인터커넥트 구조물(1702)이 도 22와 관련하여 기술된 바와 같이 기판(108)의 전면측(108f) 상에 형성된다. 기판(108)의 후면측(108b)은 도 23과 관련하여 기술된 바와 같이 광검출기(110) 바로 위에 주기적 패턴(2302)을 형성하도록 패터닝된다.
또한 도 44의 단면도(4400)에 의해 도시된 바와 같이, 기판(108)은 픽셀내 격리 트렌치(4402)를 정의하도록 패터닝된다. 픽셀내 격리 트렌치(4402)는 또한, 예를 들어, 내측 격리 트렌치로 알려질 수 있다. 픽셀내 격리 트렌치(4402)는 광검출기(110)의 양측에 각각 세그먼트들의 쌍을 가진다. 패터닝은, 예를 들어, 포토리소그래피/에칭 공정 또는 일부 다른 적합한 패터닝 공정에 의해 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 픽셀내 격리 트렌치(4402)를 형성하기 위한 패터닝은 주기적 패턴(2302)을 형성하기 위한 패터닝과는 독립적이다. 예를 들어, 픽셀내 격리 트렌치(4402) 및 주기적 패턴(2302)은 상이한 마스크들을 이용한 상이한 포토리소그래피/에칭 공정들을 사용하여 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 픽셀내 격리 트렌치(4402)는 위에서 아래로 볼 때 광검출기(110)를 둘러싸고 폐쇄된 경로로 연장된다. 일부 실시예에서, 픽셀내 격리 트렌치(4402)는 도 13a 내지 도 13c 및 도 16 중 임의의 도면 내의 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)과 동일한 상단 레이아웃을 가진다. 일부 실시예에서, 픽셀내 격리 트렌치(4402)의 폭(Witi)은 약 100 나노미터, 약 200 나노미터, 약 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값보다 크다. 또한, 일부 실시예에서, 폭(Witi)은 약 100 내지 200 나노미터, 약 200 나노미터, 약 200 내지 500 나노미터, 또는 일부 다른 적합한 값이다.
이후에 보여지는 바와 같이, 픽셀내 트렌치 격리 구조물은 픽셀내 격리 트렌치(4402) 내에 형성되고, TIR에 의해 입사 방사선을 반사시키도록 구성된다. 폭(Witi)이 너무 작으면(예컨대, 약 100 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 작으면), 측벽 계면들에서의 TIR은 낮을 수 있다. 픽셀내 트렌치 격리 구조물을 둘러싸는 픽셀간 트렌치 격리 구조물이 높은 흡수율을 갖는 경우, 낮은 TIR은 높은 QE 손실을 초래할 수 있다. 폭(Witi)이 너무 크면(예컨대, 약 500 나노미터 또는 일부 다른 적합한 값보다 크면), 광검출기(110)의 사이즈는 작을 수 있고 및/또는 픽셀(106)의 사이즈가 클 수 있다. 전자는 광검출기(110)의 불량 성능으로 이어지며, 후자는 낮은 픽셀 밀도로 이어진다.
도 45의 단면도(4500)에 의해 도시된 바와 같이, 기판(108)의 후면측(108b)을 덮고 픽셀내 격리 트렌치(4402)를 라이닝하는 제1 후면측 유전체 층(120a)이 퇴적된다. 제1 후면측 유전체 층(120a)은 제1 후면측 유전체 층(120a)과 기판(108) 사이의 계면에서 TIR을 촉진하기 위해 기판(108)보다 더 높은 굴절률을 가진다. 또한, 제1 후면측 유전체 층(120a)의 최상단 표면은 적어도 주기적 패턴(2302)(예컨대, 도 44 참조)으로 거칠다. 제1 후면측 유전체 층(120a)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
집합적으로, 제1 후면측 유전체 층(120a) 및 기판(108)은 주기적 패턴(2302)(예컨대, 도 44 참조)에서 외부 방사선(114ex)을 산란시키도록 구성된 확산기(122)를 정의한다. 또한, 픽셀내 격리 트렌치(4402) 내의 제1 후면측 유전체 층(120a)의 일부는 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)을 정의한다. 픽셀내 트렌치 격리 구조물(1202)은, 예를 들어, 도 13a 내지 도 13c 중 임의의 도면에 도시된 바와 같은 상단 레이아웃을 가질 수 있거나 또는 일부 다른 적합한 상단 레이아웃을 가질 수 있다.
도 46의 단면도(4600)에 의해 도시된 바와 같이, 제1 후면측 유전체 층(120a)의 최상단 표면은 평탄화된다. 또한, 제1 후면측 유전체 층(120a)은 제1 후면측 유전체 층(120a)의 상단 및 저면들에서의 제1 후면측 유전체 층(120a)의 두께(Tfbd)를 감소시키기 위해 에칭백된다. 평탄화는, 예를 들어, CMP 및/또는 일부 다른 적합한 평탄화 공정에 의해 수행될 수 있다.
도 47, 도 48a, 도 48b, 도 49, 및 도 50의 단면도들(4700, 4800A, 4800B, 4900, 5000)에 의해 도시된 바와 같이, 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29에서의 동작들이 수행된다. 도 47에서, 제1 후면측 유전체 층(120a) 및 기판(108)은 도 26과 관련하여 기술된 바와 같이 픽셀간 격리 트렌치(2602)를 정의하도록 패터닝된다. 픽셀간 격리 트렌치(2602)는, 예를 들어, 도 13a 내지 도 13c 중 임의의 도면 내의 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)과 동일한 상단 레이아웃 또는 일부 다른 적합한 상단 레이아웃을 가질 수 있다. 도 48a 및 도 48b에서, 도 27a 및 도 27b와 관련하여 각각 기술된 바와 같이 픽셀간 격리 트렌치(2602)(예컨대, 도 47 참조)를 충전하는 유전체 라이너 층(112) 및 저투과 층(104)이 퇴적된다. 집합적으로, 저투과 층(104) 및 유전체 라이너 층(112)은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 정의한다. 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)은, 예를 들어, 도 13a 내지 도 13c 중 임의의 도면에서와 같은 상단 레이아웃 또는 일부 다른 적합한 상단 레이아웃을 가질 수 있다. 도 49에서, 저투과 층(104)의 최상단 표면은 도 28과 관련하여 기술되는 바와 같이 제1 후면측 유전체 층(120a)을 노출시키도록 리세싱된다. 도 50에서, 제2 후면측 유전체 층(120b), 스페이서 층(124), 및 마이크로 렌즈(126)가 도 29와 관련하여 기술된 바와 같이 형성된다.
도 44 내지 도 47, 도 48a, 도 48b, 도 49, 및 도 50이 방법의 다양한 실시예들을 참조하여 기술되고 있지만, 도 44 내지 도 47, 도 48a, 도 48b, 도 49, 및 도 50에 도시된 구조물들은 방법에 제한되지는 않고 오히려 방법과는 별개로 독립적일 수 있음을 이해할 것이다. 도 44 내지 도 47, 도 48a, 도 48b, 도 49, 및 도 50이 일련의 동작들로서 기술되지만, 그 동작들의 순서는 다른 실시예들에서 변경될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 도 44 내지 도 47, 도 48a, 도 48b, 도 49, 및 도 50이 특정 동작 세트로서 도시하고 기술하지만, 도시 및/또는 기술된 일부 동작은 다른 실시예들에서 생략될 수 있다. 또한, 도시 및/또는 기술되지 않은 동작들은 다른 실시예들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 도 31 내지 도 33, 도 34a, 도 34b, 도 35, 및 도 36에서의 동작들은 도 47, 도 48a, 도 48b, 도 49, 및 도 50에서의 동작들 대신에 수행될 수 있다.
도 51을 참조하면, 도 44 내지 도 47, 도 48a, 도 48b, 도 49, 및 도 50의 방법의 일부 실시예의 블럭 다이어그램(5100)이 제공된다.
5102에서, 기판의 전면측으로부터의 기판 내에 광검출기를 형성한다. 예를 들어, 도 44 및 도 21이 참조된다.
5104에서, 광검출기를 덮고 광검출기에 전기적으로 연결되는 인터커넥트 구조물을 기판의 전면측 상에 형성한다. 예를 들어, 도 44 및 도 22가 참조된다.
5106에서, 광검출기 위에 가로놓이게 주기적 패턴을 형성하기 위해 기판의 후면측을 패터닝한다. 예를 들어, 도 44 및 도 23이 참조된다.
5108에서, 광검출기를 둘러싸는 픽셀내 격리 트렌치를 형성하기 위해 기판의 후면측을 패터닝한다. 예를 들어, 도 44가 참조된다.
5110에서, 기판의 후면측을 덮고 픽셀내 격리 트렌치를 충전하는 제1 후면측 유전체 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 45가 참조된다.
5112에서, 제1 후면측 유전체 층의 최상단 표면을 평탄화하고 에칭백한다. 예를 들어, 도 46이 참조된다.
5114에서, 광검출기가 위치하는 픽셀의 경계를 따라 픽셀내 트렌치 격리 트렌치를 둘러싸는 픽셀간 격리 트렌치를 형성하기 위해 제1 후면측 유전체 층 및 기판의 후면측을 패터닝한다. 예를 들어, 도 47이 참조된다.
5116에서, 픽셀간 격리 트렌치를 라이닝하고 부분적으로 충전하는 유전체 라이너 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 48a 및 도 48b가 참조된다.
5118에서, 유전체 라이너 층 위의 픽셀간 격리 트렌치를 충전하고 제1 후면측 유전체 층을 덮는 저투과 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 48a 및 도 48b가 참조된다.
5120에서, 제1 후면측 유전체 층을 노출시키도록 저투과 층의 최상단 표면을 리세싱한다. 예를 들어, 도 49가 참조된다.
5122에서, 제1 후면측 유전체 층 및 저투과 층을 덮는 제2 후면측 유전체 층 및 스페이서 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 50이 참조된다.
5124에서, 광검출기를 덮는 마이크로 렌즈를 스페이서 층 위에 형성한다. 예를 들어, 도 50이 참조된다.
도 51의 블럭 다이어그램(5100)이 본원에서 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 도시되고 기술되고 있지만, 그러한 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서는 제한적인 의미로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 동작은 본원에 도시되고 및/또는 기술된 것 외에도 다른 동작들 또는 이벤트들과는 상이한 순서로 및/또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 본원에 설명된 하나 이상의 양태 또는 실시예를 구현하는 데 도시된 모든 동작이 요구되는 것은 아니며, 본원에 도시된 하나 이상의 동작은 하나 이상의 개별 동작 및/또는 단계로 수행될 수 있다.
도 52 내지 도 54, 도 55a, 도 55b, 및 도 56 내지 도 58을 참조하면, 도 21 내지 도 26, 도 27a, 도 27b, 도 28, 및 도 29의 방법의 일부 대안적인 실시예들의 일련의 단면도들(5200 내지 5400, 5500A, 5500B, 및 5600 내지 5800)이 제공되며, 여기서 이미지 센서는 FSI이다. 방법은, 예를 들어, 도 18 및 도 20 중 임의의 도면 내의 이미지 센서 및 다른 적합한 이미지 센서들을 형성하는 데 이용될 수 있다.
도 52의 단면도(5200)에 의해 도시된 바와 같이, 도 23 내지 도 25에서의 동작들이 수행된다. 기판(108)의 후면측(108b)은 도 23과 관련하여 기술된 바와 같이 픽셀(106)에 주기적 패턴을 형성하도록 패터닝된다. 도 24와 관련하여 기술된 바와 같이 기판(108)의 후면측(108b) 및 주기적 패턴을 덮는 제1 후면측 유전체 층(120a)이 퇴적된다. 집합적으로, 제1 후면측 유전체 층(120a) 및 기판(108)은 주기적 패턴의 확산기(122)를 정의한다. 제1 후면측 유전체 층(120a)의 최상단 표면은 도 25와 관련하여 기술된 바와 같이 평탄화된다.
도 53의 단면도(5300)에 의해 도시된 바와 같이, 기판(108)이 뒤집어지므로 기판(108)의 전면측(108f)은 기판(108)의 후면측(108b) 위에 놓이게 된다. 또한, 기판(108)의 전면측(108f)을 덮는 마스크 층(5302)이 퇴적된다. 마스크 층(5302)은, 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 일부 다른 적합한 유전체(들), 또는 이들의 임의의 조합일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 54, 도 55a, 도 55b, 및 도 56의 단면도들(5400, 5500A, 5500B, 5600)에 의해 도시된 바와 같이, 도 26, 도 27a, 도 27b, 및 도 28에서의 동작들이 수행된다. 도 54에서, 마스크 층(5302) 및 기판(108)은 도 26과 관련하여 기술된 바와 같이 픽셀간 격리 트렌치(2602)를 정의하도록 패터닝된다. 도 55a 및 도 55b에서, 도 27a 및 도 27b와 관련하여 각각 기술된 바와 같이 픽셀간 격리 트렌치(2602)(예컨대, 도 54 참조)를 충전하는 유전체 라이너 층(112) 및 저투과 층(104)이 퇴적된다. 집합적으로, 저투과 층(104) 및 유전체 라이너 층(112)은 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 정의한다. 도 56에서, 저투과 층(104)의 최상단 표면은 도 28과 관련하여 기술되는 바와 같이 마스크 층(5302)을 노출시키도록 리세싱된다. 또한, 도 56에서, 마스크 층(5302)이 제거된다. 대안적인 실시예들에서, 마스크 층(5302)은 도 56에서의 동작 후에 지속된다.
도 57의 단면도(5700)에 의해 도시된 바와 같이, 광검출기(110)는 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)에 의해 둘러싸인 기판(108) 내에 형성된다. 광검출기(110)는, 예를 들어, 도 21과 관련하여 기술된 바와 같이 형성될 수 있다.
도 58의 단면도(5800)에 의해 도시된 바와 같이, 광검출기(110) 및 픽셀간 트렌치 격리 구조물(102)을 덮는 전면측 유전체 구조물(118)이 기판(108)의 전면측(108f) 상에 형성된다. 또한, 광검출기를 덮고 광검출기에 전기적으로 연결되면서 전면측 유전체 구조물(118)을 형성하는 인터커넥트 구조물(1702)을 형성한다. 인터커넥트 구조물(1702)은 복수의 컨택트들(1710), 복수의 와이어들(1712), 및 전면측 유전체 구조물(118) 내에 적층되는 복수의 비아들(1714)을 포함한다.
도 58의 단면도(5800)에 의해 도시된 바와 같이, 전면측 유전체 구조물(118) 및 인터커넥트 구조물(1702) 위에 스페이서 층(124)이 퇴적된다. 또한, 마이크로 렌즈(126)는 스페이서 층(124) 위에 형성된다. 스페이서 층(124)은, 예를 들어, 실리콘 산화물 및/또는 일부 다른 적합한 유전체(들)일 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
도 52 내지 도 54, 도 55a, 도 55b, 및 도 56 내지 도 58이 방법의 다양한 실시예들을 참조하여 기술되고 있지만, 도 52 내지 도 54, 도 55a, 도 55b, 및 도 56 내지 도 58에 도시된 구조물들은 방법에 제한되지는 않고 오히려 방법과는 별개로 독립적일 수 있음을 이해할 것이다. 도 52 내지 도 54, 도 55a, 도 55b, 및 도 56 내지 도 58이 일련의 동작들로서 기술되지만, 그 동작들의 순서는 다른 실시예들에서 변경될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 도 52 내지 도 54, 도 55a, 도 55b, 및 도 56 내지 도 58이 특정 동작 세트로서 도시하고 기술하지만, 도시 및/또는 기술된 일부 동작은 다른 실시예들에서 생략될 수 있다. 또한, 도시 및/또는 기술되지 않은 동작들은 다른 실시예들에 포함될 수 있다.
도 59를 참조하면, 도 52 내지 도 54, 도 55a, 도 55b, 및 도 56 내지 도 58의 방법의 일부 실시예의 블럭 다이어그램(5900)이 제공된다.
5902에서, 픽셀에 주기적 패턴을 형성하기 위해 기판의 후면측을 패터닝한다. 예를 들어, 도 52 및 도 23이 참조된다.
5904에서, 기판의 후면측 및 주기적 패턴을 덮는 제1 후면측 유전체 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 52 및 도 24가 참조된다.
5906에서, 제1 후면측 유전체 층의 최상단 표면을 평탄화하고 에칭백한다. 예를 들어, 도 52 및 도 25가 참조된다.
5908에서, 기판의 전면측을 덮는 마스크 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 53이 참조된다.
5910에서, 픽셀의 경계를 따라 픽셀을 둘러싸는 픽셀간 격리 트렌치를 형성하기 위해 마스크 층 및 기판을 패터닝한다. 예를 들어, 도 54가 참조된다.
5912에서, 픽셀간 격리 트렌치를 라이닝하고 부분적으로 충전하는 유전체 라이너 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 55a 및 도 55b가 참조된다.
5914에서, 유전체 라이너 층 위의 픽셀간 격리 트렌치를 충전하고 마스크 층을 덮는 저투과 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 55a 및 도 55b가 참조된다.
5916에서, 마스크 층을 노출시키도록 저투과 층의 최상단 표면을 리세싱한다. 예를 들어, 도 56이 참조된다.
5918에서, 마스크 층을 제거한다. 예를 들어, 도 56이 참조된다.
5920에서, 픽셀의 기판 내에 광검출기를 형성한다. 예를 들어, 도 57이 참조된다.
5922에서, 광검출기를 덮고 광검출기에 전기적으로 연결되는 인터커넥트 구조물을 기판의 전면측 상에 형성한다. 예를 들어, 도 58이 참조된다.
5924에서, 인터커넥트 구조물을 덮는 스페이서 층을 퇴적한다. 예를 들어, 도 58이 참조된다.
5926에서, 광검출기를 덮는 마이크로 렌즈를 형성한다. 예를 들어, 도 58이 참조된다.
도 59의 블럭 다이어그램(5900)이 본원에서 일련의 동작들 또는 이벤트들로서 도시되고 기술되고 있지만, 그러한 동작들 또는 이벤트들의 예시된 순서는 제한적인 의미로 해석되지 않아야 한다는 것이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 동작은 본원에 도시되고 및/또는 기술된 것 외에도 다른 동작들 또는 이벤트들과는 상이한 순서로 및/또는 동시에 발생할 수 있다. 또한, 본원에 설명된 하나 이상의 양태 또는 실시예를 구현하는 데 도시된 모든 동작이 요구되는 것은 아니며, 본원에 도시된 하나 이상의 동작은 하나 이상의 개별 동작 및/또는 단계로 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 본 개시 내용은 이미지 센서를 제공하며, 이미지 센서는: 기판; 기판 내에 있는 광검출기를 포함하는 픽셀; 및 기판 내로 연장되는 외측 트렌치 격리 구조물을 포함하고, 외측 트렌치 격리 구조물은 픽셀의 경계에서 광검출기의 양측에 각각 외측 격리 세그먼트들의 쌍을 가지며, 외측 트렌치 격리 구조물은 저투과 층을 포함하며, 저투과 층은 입사각에 관계없이 입사 방사선을 차단한다. 일부 실시예에서, 저투과 층은 금속이며, 입사 방사선에 대해 반사성이다. 일부 실시예에서, 저투과 층은 금속이며, 입사 방사선에 대해 흡수성이다. 일부 실시예에서, 외측 트렌치 격리 구조물은 기판과 저투과 층을 분리하는 유전체 라이너 층을 포함하고, 유전체 라이너 층은 기판보다 낮은 굴절률을 가진다. 일부 실시예에서, 유전체 라이너 층의 두께는 약 100 나노미터보다 크다. 일부 실시예에서, 이미지 센서는 광검출기의 양측에 각각 내측 격리 세그먼트들의 쌍을 포함하는 내측 트렌치 격리 구조물을 더 포함하고, 내측 트렌치 격리 구조물은 외측 격리 세그먼트들 사이에 있고, 기판보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체를 포함한다. 일부 실시예에서, 외측 트렌치 격리 구조물들은 픽셀을 완전히 둘러싸도록 픽셀의 경계를 따라 폐쇄된 경로로 연장된다. 일부 실시예에서, 저투과 층은 약 10 % 미만의 광 투과율을 가진다.
일부 실시예에서, 본 개시 내용은 다른 이미지 센서를 제공하며, 이 이미지 센서는: 기판; 기판 상에 복수의 행 및 복수의 열로 있는 픽셀들의 어레이 ― 픽셀들은 기판 내의 개개의 광검출기들을 포함함 ―; 및 기판 내의 픽셀간 트렌치 격리 구조물을 포함하고, 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 픽셀들의 경계들을 따라 연장되고, 픽셀들을 개별적으로 둘러싸서, 픽셀들을 서로 분리시키고, 그리고 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 금속 층을 포함한다. 일부 실시예에서, 금속 층은 구리 및/또는 알루미늄을 포함한다. 일부 실시예에서, 금속 층은 텅스텐, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 일부 실시예에서, 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 픽셀간 트렌치 격리 구조물의 측벽 상에 임의의 각도로 입사되는 방사선을 반사시키도록 구성된다. 일부 실시예에서, 이미지 센서는 복수의 링 형상의 트렌치 격리 세그먼트들을 포함하는 픽셀내 트렌치 격리 구조물을 더 포함하고, 링 형상의 트렌치 격리 세그먼트들은 픽셀들에 대해 개별적이며, 개개의 픽셀들에서 픽셀간 트렌치 격리 구조물에 의해 둘러싸여 있다. 일부 실시예에서, 픽셀내 트렌치 격리 구조물은 픽셀내 트렌치 격리 구조물의 측벽에 약 20 도보다 크지만 약 20 도보다 작지 않은 각도로 입사되는 방사선을 반사시키도록 구성된다.
일부 실시예에서, 본 개시 내용은 이미지 센서를 형성하는 방법을 제공하며, 이 방법은: 기판 내의 광검출기를 포함하여 기판 상에 픽셀을 형성하는 단계; 외측 트렌치를 형성하기 위해 기판을 패터닝하는 단계 ― 외측 트렌치는 픽셀의 경계를 따라 광검출기를 둘러싸고, 광검출기의 양측에 각각 외측 격리 세그먼트들의 쌍을 가짐 ―; 및 기판을 덮고 외측 트렌치를 충전하는 저투과 층을 퇴적하는 단계 ― 저투과 층은 입사각에 관계없이 입사 방사선을 차단함 ―를 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 저투과 층이 외측 트렌치에 국한되도록 저투과 층의 최상단 표면을 리세싱하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 외측 트렌치를 라이닝하는 유전체 라이너 층을 퇴적하는 단계를 포함하며, 저투과 층은 유전체 라이너 층 위에 퇴적된다. 일부 실시예에서, 방법은 유전체 라이너 층이 외측 트렌치 내의 유전체 라이너 층의 측벽에서의 TIR을 위해 구성되는 것을 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 내측 트렌치를 형성하기 위해 기판을 패터닝하는 단계 ― 내측 트렌치는 광검출기의 양측에 각각 내측 격리 세그먼트들의 쌍을 가지며, 외측 트렌치는 내측 트렌치를 둘러쌈 ―; 및 외측 트렌치를 형성하기 위한 패터닝 전에 내측 트렌치를 충전하는 유전체 층을 퇴적하는 단계를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 방법은 광검출기 위에 가로놓이게 주기적 구조물을 형성하기 위해 기판을 패터닝하는 단계; 기판을 덮고 주기적 구조물에 부합하는 저면을 갖는 유전체 층을 퇴적하는 단계 ― 유전체 층은 기판보다 높은 굴절률을 가짐 ―; 및 외측 트렌치를 형성하기 위한 패터닝 전에 유전체 층의 최상단 표면을 평탄화하는 단계를 더 포함한다.
전술한 내용은 본 기술 분야의 기술자가 본 개시 내용의 양태들을 더 잘 이해할 수 있도록 몇몇 실시예들의 특징들을 개략적으로 설명하고 있다. 본 기술 분야의 기술자는 본원에 도입된 실시예들과 동일한 목적을 수행하고 및/또는 동일한 효과를 달성하는 다른 공정들 및 구조물들을 설계하거나 수정하기 위한 토대로서 본 개시 내용을 용이하게 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 기술 분야의 기술자는 또한 이러한 등가의 구성이 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으며, 본 개시 내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본원에서 다양한 변경, 대체, 및 변형을 행할 수 있다는 것을 인식해야 한다.
실시예들
실시예 1. 이미지 센서로서,
기판;
광검출기를 포함하는 픽셀 ― 광검출기는 기판 내에 있음 ―; 및
기판 내로 연장되는 외측 트렌치 격리 구조물을 포함하며,
외측 트렌치 격리 구조물은 픽셀의 경계에서 광검출기의 양측에 각각 외측 격리 세그먼트들의 쌍을 가지고,
외측 트렌치 격리 구조물은 저투과 층을 포함하며, 저투과 층은 입사각에 관계없이 입사 방사선을 차단하는 것인,
이미지 센서.
실시예 2. 실시예 1에 있어서,
저투과 층은 금속이고, 입사 방사선에 대해 반사성인 것인,
이미지 센서.
실시예 3. 실시예 1에 있어서,
저투과 층은 금속이고, 입사 방사선에 대해 흡수성인 것인,
이미지 센서.
실시예 4. 실시예 1에 있어서,
외측 트렌치 격리 구조물은 기판과 저투과 층을 분리하는 유전체 라이너 층을 포함하고, 유전체 라이너 층은 기판보다 낮은 굴절률을 갖는 것인,
이미지 센서.
실시예 5. 실시예 4에 있어서,
유전체 라이너 층의 두께는 약 100 나노미터를 초과하는 것인,
이미지 센서.
실시예 6. 실시예 1에 있어서,
광검출기의 양측 상에 각각 내측 격리 세그먼트들의 쌍을 포함하는 내측 트렌치 격리 구조물을 더 포함하며,
내측 트렌치 격리 구조물은 외측 격리 세그먼트들 사이에 있고, 기판보다 낮은 굴절률을 갖는 유전체를 포함하는 것인,
이미지 센서.
실시예 7. 실시예 1에 있어서,
외측 트렌치 격리 구조물들은 픽셀을 완전히 둘러싸도록 픽셀의 경계를 따라 폐쇄된 경로로 연장되는 것인,
이미지 센서.
실시예 8. 실시예 1에 있어서,
저투과 층은 약 10 % 미만의 광 투과율을 갖는 것인,
이미지 센서.
실시예 9. 이미지 센서로서,
기판;
기판 상에 복수의 행 및 복수의 열로 있는 픽셀들의 어레이 ― 픽셀들은 기판 내의 개개의 광검출기들을 포함함 ―; 및
기판 내의 픽셀간 트렌치 격리 구조물을 포함하며,
픽셀간 트렌치 격리 구조물은 픽셀들의 경계들을 따라 연장되고, 픽셀들을 개별적으로 둘러싸서, 픽셀들을 서로 분리시키며, 그리고
픽셀간 트렌치 격리 구조물은 금속 층을 포함하는 것인,
이미지 센서.
실시예 10. 실시예 9에 있어서,
금속 층은 구리 및/또는 알루미늄을 포함하는 것인,
이미지 센서.
실시예 11. 실시예 9에 있어서,
금속 층은 텅스텐, 티타늄 질화물, 탄탈륨 질화물, 또는 이들의 임의의 조합물을 포함하는 것인,
이미지 센서.
실시예 12. 실시예 9에 있어서,
픽셀간 트렌치 격리 구조물은 픽셀간 트렌치 격리 구조물의 측벽 상에 임의의 각도로 입사되는 방사선을 반사시키도록 구성되는 것인,
이미지 센서.
실시예 13. 실시예 9에 있어서,
복수의 링 형상의 트렌치 격리 세그먼트들을 포함하는 픽셀내 트렌치 격리 구조물을 더 포함하며,
링 형상의 트렌치 격리 세그먼트들은 픽셀들에 대해 개별적이며, 개개의 픽셀들에서 픽셀간 트렌치 격리 구조물에 의해 둘러싸여 있는 것인,
이미지 센서.
실시예 14. 실시예 13에 있어서,
픽셀내 트렌치 격리 구조물은 픽셀내 트렌치 격리 구조물의 측벽 상에 약 20 도보다 크지만 약 20 도보다 작지 않은 각도로 입사되는 방사선을 반사시키도록 구성되는 것인,
이미지 센서.
실시예 15. 이미지 센서를 형성하는 방법으로서,
광검출기를 포함하는 픽셀을 기판 상에 형성하는 단계 ― 광검출기는 기판 내에 있음 ―;
외측 트렌치를 형성하도록 기판을 패터닝하는 단계 ― 외측 트렌치는 픽셀의 경계를 따라 광검출기를 둘러싸고, 광검출기의 양측에 각각 외측 격리 세그먼트들의 쌍을 가짐 ―; 및
기판을 덮고 외측 트렌치를 충전하는 저투과 층을 퇴적하는 단계 ― 저투과 층은 입사각에 관계없이 입사 방사선을 차단함 ―를 포함하는,
이미지 센서를 형성하는 방법.
실시예 16. 실시예 15에 있어서,
저투과 층이 외측 트렌치에 국한되도록 저투과 층의 최상단 표면을 리세싱하는 단계를 더 포함하는,
이미지 센서를 형성하는 방법.
실시예 17. 실시예 15에 있어서,
외측 트렌치를 라이닝하는 유전체 라이너 층을 퇴적하는 단계를 더 포함하며,
저투과 층은 유전체 라이너 층 위에 퇴적되는 것인,
이미지 센서를 형성하는 방법.
실시예 18. 실시예 17에 있어서,
유전체 라이너 층은 외측 트렌치 내의 유전체 라이너 층의 측벽에서의 내부 전반사를 위해 구성되는 것인,
이미지 센서를 형성하는 방법.
실시예 19. 실시예 15에 있어서,
내측 트렌치를 형성하도록 기판을 패터닝하는 단계 ― 내측 트렌치는 광검출기의 양측에 각각 내측 격리 세그먼트들의 쌍을 갖고, 외측 트렌치가 내측 트렌치를 둘러쌈 ―; 및
외측 트렌치를 형성하기 위한 패터닝 전에 내측 트렌치를 충전하는 유전체 층을 퇴적하는 단계를 더 포함하는,
이미지 센서를 형성하는 방법.
실시예 20. 실시예 15에 있어서,
광검출기 위에 가로놓이게 주기적 구조물을 형성하도록 기판을 패터닝하는 단계;
기판을 덮고 주기적 구조물에 부합하는 저면을 갖는 유전체 층을 퇴적하는 단계 ― 유전체 층은 기판보다 높은 굴절률을 가짐 ―; 및
외측 트렌치를 형성하기 위한 패터닝 전에 유전체 층의 최상단 표면을 평탄화하는 단계를 더 포함하는,
이미지 센서를 형성하는 방법.

Claims (10)

  1. 이미지 센서로서,
    기판;
    광검출기를 포함하는 픽셀 - 상기 광검출기는 상기 기판 내에 있음 -;
    상기 기판 내로 연장되는 외측 트렌치 격리 구조물; 및
    상기 기판 내로 연장되는 내측 트렌치 격리 구조물
    을 포함하며,
    상기 외측 트렌치 격리 구조물은 상기 픽셀의 경계에서 상기 광검출기의 양측에 각각 외측 격리 세그먼트들의 쌍을 가지고,
    상기 외측 트렌치 격리 구조물은 저투과 층을 포함하며, 상기 저투과 층은 입사각에 관계없이 입사 방사선을 차단하고,
    상기 내측 트렌치 격리 구조물은 상기 광검출기의 양측 상에 각각 내측 격리 세그먼트들의 쌍을 포함하고, 상기 내측 트렌치 격리 구조물은 상기 외측 격리 세그먼트들 사이에 있되, 상기 외측 격리 세그먼트들과 이격되어 있으며,
    상기 내측 트렌치 격리 구조물은 유전체 층을 포함하고,
    상기 외측 트렌치 격리 구조물은 상기 기판과 상기 저투과 층을 분리하는 유전체 라이너 층을 포함하고, 상기 저투과 층은 또한 상기 유전체 라이너 층에 의해 상기 유전체 층과 이격되며, 상기 저투과 층의 최상단 표면은, 상기 유전체 층의 최상단 표면과 같은 높이이며, 상기 기판의 최상단 표면에 비해 올라가 있는 것인,
    이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저투과 층은 금속이고, 상기 입사 방사선에 대해 반사성인 것인,
    이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저투과 층은 금속이고, 상기 입사 방사선에 대해 흡수성인 것인,
    이미지 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 라이너 층은 상기 기판보다 낮은 굴절률을 갖는 것인,
    이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내측 트렌치 격리 구조물의 상기 유전체 층은 상기 기판보다 낮은 굴절률을 갖는 것인,
    이미지 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외측 트렌치 격리 구조물은 상기 픽셀을 완전히 둘러싸도록 상기 픽셀의 경계를 따라 폐쇄된 경로로 연장되는 것인,
    이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 저투과 층은 10 % 미만의 광 투과율을 갖는 것인,
    이미지 센서.
  8. 이미지 센서로서,
    기판;
    상기 기판에 복수의 행 및 복수의 열로 있는 픽셀들의 어레이 - 상기 픽셀들은 상기 기판 내의 개개의 광검출기들을 포함함 -;
    상기 기판 내의 픽셀간 트렌치 격리 구조물; 및
    상기 기판 내의 픽셀내 트렌치 격리 구조물
    을 포함하며,
    상기 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 상기 픽셀들의 경계들을 따라 연장되고, 상기 픽셀들을 개별적으로 둘러싸서, 상기 픽셀들을 서로 분리시키며, 그리고
    상기 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 금속 층을 포함하고,
    상기 픽셀내 트렌치 격리 구조물은 상기 픽셀간 트렌치 격리 구조물과 이격되어 있고,
    상기 픽셀내 트렌치 격리 구조물은 유전체 층을 포함하고,
    상기 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 상기 기판과 상기 금속 층을 분리하는 유전체 라이너 층을 포함하고, 상기 금속 층은 또한 상기 유전체 라이너 층에 의해 상기 유전체 층과 이격되며, 상기 픽셀간 트렌치 격리 구조물의 금속 층의 최상단 표면은, 상기 픽셀내 트렌치 격리 구조물의 유전체 층의 최상단 표면과 같은 높이이며, 상기 기판의 최상단 표면에 비해 올라가 있는 것인,
    이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 픽셀간 트렌치 격리 구조물은 상기 픽셀간 트렌치 격리 구조물의 측벽 상에 임의의 각도로 입사되는 방사선을 반사시키도록 구성되는 것인,
    이미지 센서.
  10. 이미지 센서를 형성하는 방법으로서,
    기판 내에 광검출기를 포함하는 픽셀을 형성하는 단계;
    내측 트렌치를 형성하도록 상기 기판을 패터닝하는 단계 - 상기 내측 트렌치는 상기 광검출기의 양측에 각각 내측 격리 세그먼트들의 쌍을 가짐 -;
    상기 내측 트렌치를 충전하는 유전체 층을 퇴적하는 단계;
    외측 트렌치를 형성하도록 상기 기판 및 상기 유전체 층을 패터닝하는 단계 - 상기 외측 트렌치는 상기 픽셀의 경계를 따라 상기 광검출기를 둘러싸고, 상기 광검출기의 양측에 각각 외측 격리 세그먼트들의 쌍을 가지며, 상기 외측 트렌치는 상기 내측 트렌치를 둘러싸되, 상기 외측 트렌치는 상기 내측 트렌치와 이격됨 -;
    상기 외측 트렌치를 라이닝하는 유전체 라이너 층을 퇴적하는 단계;
    상기 기판을 덮고 상기 외측 트렌치를 충전하는 저투과 층을 퇴적하는 단계 - 상기 저투과 층은 상기 유전체 라이너 층 위에 퇴적되고, 상기 유전체 라이너 층에 의해 상기 유전체 층과 이격되며, 상기 저투과 층은 입사각에 관계없이 입사 방사선을 차단함 -; 및
    상기 저투과 층으로의 평탄화를 수행하는 단계 - 상기 평탄화가 완료되면, 상기 저투과 층의 최상단 표면은, 상기 유전체 층의 최상단 표면과 같은 높이이며, 상기 기판의 최상단 표면에 비해 올라가 있음 -
    를 포함하는,
    이미지 센서를 형성하는 방법.
KR1020210026627A 2021-01-15 2021-02-26 이미지 센서들을 위한 트렌치 격리 구조물 KR102678056B1 (ko)

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US17/150,014 US11862654B2 (en) 2021-01-15 2021-01-15 Trench isolation structure for image sensors

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090200625A1 (en) * 2008-02-08 2009-08-13 Omnivision Technologies, Inc. Backside illuminated image sensor having deep light reflective trenches

Patent Citations (1)

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