KR20170063352A - 방사선 감지 기판 및 이미지 센서 디바이스에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하기 위한 방법 - Google Patents
방사선 감지 기판 및 이미지 센서 디바이스에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하기 위한 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20170063352A KR20170063352A KR1020160135560A KR20160135560A KR20170063352A KR 20170063352 A KR20170063352 A KR 20170063352A KR 1020160135560 A KR1020160135560 A KR 1020160135560A KR 20160135560 A KR20160135560 A KR 20160135560A KR 20170063352 A KR20170063352 A KR 20170063352A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- trench
- layer
- radiation
- carbon nitride
- substrate
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 95
- 230000005855 radiation Effects 0.000 title claims abstract description 62
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 238000002955 isolation Methods 0.000 title claims abstract description 43
- CYKMNKXPYXUVPR-UHFFFAOYSA-N [C].[Ti] Chemical compound [C].[Ti] CYKMNKXPYXUVPR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 32
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 claims description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 8
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- -1 titanium carbide nitride Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 73
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 12
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 11
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 11
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 11
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 11
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 8
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 8
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 8
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 4
- IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N strontium oxide Chemical compound [O-2].[Sr+2] IATRAKWUXMZMIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 4
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 2
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 2
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 2
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JENXNPMTIWOPBG-UHFFFAOYSA-N C[Ti](N(C)C)(C)(C)C Chemical compound C[Ti](N(C)C)(C)(C)C JENXNPMTIWOPBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- VJDVOZLYDLHLSM-UHFFFAOYSA-N diethylazanide;titanium(4+) Chemical compound [Ti+4].CC[N-]CC.CC[N-]CC.CC[N-]CC.CC[N-]CC VJDVOZLYDLHLSM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N iminotitanium Chemical compound [Ti]=N KHYBPSFKEHXSLX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N indium antimonide Chemical compound [Sb]#[In] WPYVAWXEWQSOGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910000749 nitanium Inorganic materials 0.000 description 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- MNWRORMXBIWXCI-UHFFFAOYSA-N tetrakis(dimethylamido)titanium Chemical compound CN(C)[Ti](N(C)C)(N(C)C)N(C)C MNWRORMXBIWXCI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
- H01L21/7624—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using semiconductor on insulator [SOI] technology
- H01L21/76264—SOI together with lateral isolation, e.g. using local oxidation of silicon, or dielectric or polycristalline material refilled trench or air gap isolation regions, e.g. completely isolated semiconductor islands
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
- H01L21/77—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate
- H01L21/78—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components or integrated circuits formed in, or on, a common substrate with subsequent division of the substrate into plural individual devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14629—Reflectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1463—Pixel isolation structures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
방사선 감지 기판에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 방법은, 방사선 감지 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계; TiCxN(2-x)의 화학식을 갖고, x는 0.1 내지 0.9의 범위 내에 있는 티타늄 카본 질화물을 포함하는 내식층을 트렌치 내에 형성하는 단계; 및 트렌치 내에 그리고 내식층 위에 반사 물질을 충전하는 단계를 포함한다.
Description
[관련기술]
본 출원은 여기에 전체가 참조로 포함된 미국 가출원 62/261,204(출원일 : 2015년 11월 30일)에 대한 우선권을 주장한다.
반도체 이미지 센서가 광과 같은 방사선을 감지하는데 사용된다. 디지털 카메라 또는 모바일 폰 카메라 애플리케이션과 같은 다양한 애플리케이션에 CIS[CMOS(Complementary metal-oxide-semiconductor) image sensor] 및 CCD(charged-coupled device) 센서가 광범위하게 사용된다. 기판을 향하여 투사된 방사선을 흡수하고 감지된 방사선을 전기 신호로 변환하기 위해, 이 디바이스들은 포토다이오드 및 트랜지스터를 포함하는 기판 내의 픽셀의 어레이를 사용한다.
BSI(backside-illuminated) 이미지 센서 디바이스는 이G의 센서 디바이스의 한가지 타입이다. 기판(BSI 이미지 센서 디바이스의 이미지 센서 회로를 지지함)의 후면을 향하여 투사되는 광의 볼륨을 감지하기 위해 BSI 이미지 센서 디바이스가 사용된다. 픽셀 그리드(pixel grid)는 기판의 전면에 배치되고, 기판의 후면을 향하여 투사되는 광이 픽셀 그리드에 도달할 수 있도록 기판은 충분히 얇다. BSI 이미지 센서 디바이스는 FSI(frontside illuminated) 이미지 센서 디바이스에 비해 높은 충전율(fill factor) 및 감소된 상쇄 간섭(destructive interference)을 제공한다.
방사선 감지 기판에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 방법은, 방사선 감지 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계; TiCxN(2-x)의 화학식을 갖고, x는 0.1 내지 0.9의 범위 내에 있는 티타늄 카본 질화물을 포함하는 내식층을 트렌치 내에 형성하는 단계; 및 트렌치 내에 그리고 내식층 위에 반사 물질을 충전하는 단계를 포함한다.
본 발명의 양상은 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다. 이 산업에서의 표준 관행(standard practice)에 따라 다양한 피처(feature)들은 비례적으로 도시되어 있지 않다는 것을 언급한다. 실제로, 다양한 피처들의 치수는 논의의 명확성을 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 방사선 감지 기판에서의 DTI(deep trench isolation)을 형성하는 다양한 스테이지에서의 단면도이다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 방사선 감지 기판에서의 DTI(deep trench isolation)을 형성하는 다양한 스테이지에서의 단면도이다.
이하의 설명은 제공된 본 발명의 주제(subject matter)의 상이한 피처들을 구현하기 위한 다수의 상이한 실시형태들 또는 실시예들을 제공한다. 본 발명을 간략화하기 위해 콤포넌트 및 어레인지먼트의 특정 실시예가 이하 개시된다. 물론, 이것은 단지 예시이며, 한정을 의도하지 않는다. 예컨대, 이어지는 설명에 있어서 제2 피처 상에서 또는 그 위에서의 제1 피처의 형성은, 제1 및 제2 피처가 형성되어 직접 접촉하는 실시형태를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 피처가 직접 접촉하지 않도록 제1 및 제2 피처 사이에 추가 피처가 형성될 수 있는 실시형태를 포함할 수도 있다. 또한, 본 발명은 다양한 실시예에서 도면부호 및/또는 문자가 반복될 수 있다. 이러한 반복은 간략함 및 명확함을 위한 것이고, 그 자체가 다양한 실시형태 및/또는 논의되는 구성 사이의 관계를 나타내는 것은 아니다.
또한, 여기서 "아래", "밑에", "낮은", "높은", "상부의" 등의 공간 관련 용어는 도면에 예시된 바와 같이, 하나의 엘리먼트 또는 다른 엘리먼트에 대한 피처(feature)의 관계를 나타내기 위한 설명의 편의를 위해 사용될 수 있다. 공간 관련 용어는 도면에 도시된 배향(orientation)에 대한 사용 또는 동작에 있어서 디바이스의 상이한 배향을 포함하는 것을 의도하고 있다. 장치는 다르게 배향(90도 회전 또는 다른 배향)될 수 있고, 이에 따라 여기서 사용되는 공간 관련 기술어(descriptor)도 마찬가지로 해석될 수 있다.
이미지 센서 디바이스의 공통 결함은 광학적 크로스 토크(optical cross talk)이다. "광학적 크로스 토크"는 픽셀의 광 감지 신뢰도와 정확도를 저하시키는 인접한 픽셀들로부터의 광 간섭(photon interference)을 의미한다. 일부 실시형태에서, 원하지 않는 광학적 크로스 토크를 방지하기 위해 방사선 감지 기판에 DTI(deep trench isolation)가 형성된다.
일부 실시형태에서, 반사 영역을 증가시키기 위해 K 트렌치 내에 또는 방사선 감지 기판 위에 금속(예컨대, 텅스텐) 또는 합금과 같은 반사 물질이 형성된다. 그러나, 반사 물질이 형성될 때(예컨대, 화학 증착을 사용하여), 방사선 감지 기판이 손상될 수 있다. 방사선 감지 기판의 손상은, 누설 전류의 과도한 양으로 이어질 수 있고, 이에 따라 픽셀로부터의 비정상적으로 높은 신호가 화이트 픽셀을 형성하게 한다. 따라서, 본 발명은 방사선 감지 기판에 K 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 반사 물질이 형성될 때 방사선 감지 기판을 보호하기 위해 트렌치 내에 내식층(corrosion resistive layer)을 형성하는 단계를 포함한다. 아래에서, 방사선 감지 기판에 K 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 방법의 실시형태가 상세히 설명될 것이다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 일부 실시형태에 따른 방사선 감지 기판에서의 K 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 다양한 스테이지에서의 단면도이다.
일부 실시형태에서, 도 1a에 도시된 바와 같이, 방사선 감지 기판(110)이 수신 또는 제공된다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은, 결정, 다결정, 및/또는 비결정 구조의 실리콘 또는 게르마늄을 포함하는 기본적인 반도체; 실리콘 탄화물, 갈륨 비화물, 갈륨 인화물, 인듐 인화물, 인듐 비화물, 및/또는 인듐 안티몬화물을 포함하는 화합물 반도체; SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP, 및/또는 GaInAsP를 포함하는 합금 반도체; 다른 적합한 물질; 및/또는 그것들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 반도체 기판을 포함한다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 붕소와 같은 p 타입 도펀트로 도핑된 반도체 기판을 포함한다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 인 또는 비소와 같은 n 타입 도펀트로 도핑된 반도체 기판을 포함한다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 퍼포먼스 향상을 위해 변형된(strained) 에피택셜(epitaxial(epi)) 층을 포함한다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 SOI(silicon-on-insulator) 구조체를 포함한다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 디바이스 기판이다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 프론트-엔드 프로세스(front-end process)를 사용하여 제조된다.
일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 서로 대향하는 전방 표면(112)(전방측이라고도 함) 및 후방 표면(114)(후방측이라고도 함)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 입사 방사선은 후방 표면(114)을 통해 방사선 감지 기판(110)으로 입사된다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 픽셀 영역, 주변 영역, 본딩 패드 영역(bonding pad region), 및 스크라이브 라인 영역(scribe line region)을 포함한다. 간략함을 위해, 픽셀 영역의 일부만이 도 1a 내지 도 1e에 도시된다. 픽셀 영역의 일부만이 도 1a 내지 도 1e에 도시되었지만, 픽셀 영역은 고정층 포토다이오드(pinned layer photodiode), 다이오드 게이트, 리셋 트랜지스터, 소스 폴로워 트랜지스터(source follower transistor) 및 전송 트랜지스터(transfer transistor)를 더 포함할 수 있다. 간략함을 위해, 상기 피처(feature)의 세부 구조는 도 1a 내지 도 1e에 도시되지 않는다.
일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 방사선 감지 영역(미도시)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)의 반도체 기판의 도펀트와 상이한(또는 반대의) 도펀트로 방사선 감지 영역이 도핑된다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 영역은 하나 이상의 주입 프로세스 또는 확산 프로세스를 사용하여 형성된다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 영역은 전방 표면(112)에 인접하여 형성된다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 영역은 후방 표면(114)으로부터 픽셀 영역에 입사되는 입사 방사선을 감지하도록 동작 가능하다. 일부 실시형태에서, 입사 방사선은 가시광(visual light)이다. 대안으로서, 입사 방사선은 적외선(IR), 자외선(UV), 엑스레이, 마이크로웨이브, 다른 적합한 방서산 타입의 방사선, 또는 그것들의 조합이 될 수 있다.
일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 방사선 감지 영역에 측면으로 인접한 아이솔레이션 영역(미도시)을 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 아이솔레이션 영역은 방사선 감지 기판(110)의 반도체 기판의 도펀트와 동일한 도펀트로 도핑된다. 일부 실시형태에서, 아이솔레이션 영역은 하나 이상의 주입 프로세스 또는 확산 프로세스를 사용하여 형성된다. 일부 실시형태에서, 아이솔레이션 영역은 전방 표면(112)에 인접하여 형성된다.
일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 아이솔레이션 영역 내의 아이솔레이션 피처(isolation feature)(미도시)를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 아이솔레이션 피처는 방사선 감지 기판(110)의 전방 표면(112)에 인접한다. 일부 실시형태에서, 아이솔레이션 피처는 STI(shallow trench isolation) 구조체 및/또는 LOCOS(local oxidation of silicon) 구조체를 포함한다. 일부 실시형태에서, 디자인 요구에 따라 아이솔레이션 영역 내에 MOSFET 또는 접합 커패시터(junction capacitor)와 같은 일부의 능동 또는 수동 피처가 형성된다. 일부 실시형태에서, 아이솔레이션 영역 내의 능동 또는 수동 피처는 아이솔레이션 피처에 의해 보호된다.
일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)의 전방 표면(112) 위에 상호접속 구조체(120)가 형성된다. 일부 실시형태에서, 상호접속 구조체(120)는 ILD(inter layer dielectric) 및 MLI(multilayer interconnection) 구조체를 포함한다. 일부 실시형태에서, 상호접속 구조체(120)는 도전성 라인(122) 및 비아/콘택트(124)를 포함한다. 도전성 라인(122) 및 비아/콘택트(124)의 실제 위치 및 구성은 디자인 요구 및 제조 고려사항에 따라 변경될 수 있다.
일부 실시형태에서, 다른 기판(130)이 상호접속 구조체(120)에 본딩된다. 일부 실시형태에서, 기판(130)은 캐리어 기판(carrier substrate)이다. 일부 실시형태에서, 기판(130)은 ASIC(application specific integrated circuit)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 다이렉트 본딩, 옵티컬 퓨전(optical fusion) 본딩, 금속 확산 본딩, 양극(anodic) 본딩, 또는 다른 적합한 본딩 기술에 의해 상호접속 구조체(120)에 기판(130)이 본딩된다. 일부 실시형태에서, 기판(130)은, 방사선 감지 기판(110) 및 상호접속 구조체(120)에 대하여 보호를 제공하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 기판(130)은, 방사선 감지 기판(110)의 후방 표면(114) 상에 이하의 프로세스가 수행될 때 지지체(support)를 제공하도록 구성된다.
도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 방사선 감지 기판(110) 내에 트렌치(trench)(110a)가 형성된다. 일부 실시형태에서, 트렌치(110a)는 에칭 프로세스 등의 물질 제거 프로세스를 사용하여 형성된다. 일부 실시형태에서, 에칭 프로세스는 건식 에칭 프로세스, 습식 에칭 프로세스, 또는 그것들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 트렌치(110a)는 단면 뷰(view)에 있어서 직사각 형상, 사다리꼴 형상, 또는 다른 적합한 형상을 갖는다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)의 두께의 절반 위로 트렌치(110a)가 연장된다. 상세히 후술될 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하기 위해 트렌치(110a)가 사용된다.
도 1b 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 트렌치(110a) 내에 내식층(220)이 형성된다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)의 후방 표면(114) 위에도 내식층(220)이 형성된다. 일부 실시형태에서, 후방 표면(114)과 트렌치(110a)의 내측 표면을 커버하는 등각 방식으로 내식층(220)이 형성된다. 일부 실시형태에서, 내식층(220)은 TiCxN(2-x)의 화학식을 갖는 티타늄 카본 질화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, x는 0.1 내지 0.9의 범위 내에 있다. 일부 실시형태에서, x는 0.2 내지 0.8의 범위 내에 있다. 일부 실시형태에서, 내식층(220)은 15% 내지 40%로 카본을 포함한다. 일부 실시형태에서, 내식층(220)은 15% 내지 40%로 질소를 포함한다. 일부 실시형태에서, 내식층(220)은 20% 내지 40%로 티타늄을 포함한다.
일부 실시형태에서, 트렌치(110a) 내에 내식층(220)을 형성하는 단계는, 트렌치(110a) 내에 티타늄 카본 질화물 함유층(미도시)을 형성하는 단계; 및 티타늄 카본 질화물 함유층을 내식층(220)으로 변환하기 위해 티타늄 카본 질화물 함유층 상에 수소에 의한 플라즈마 처리를 수행하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물 함유층은 PVD(physical vapor deposition), CVD(chemical vapor deposition), ALD(atomic layer deposition), 다른 적합한 증착 기술 또는 이들의 조합을 사용하여 형성된다. CVD 프로세스는 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition), 또는 LPCVD(low pressure chemical vapor deposition)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 니타늄 카본 질화물 함유층은 티타늄 카본 질화물 전구체 및 암모니아에 의한 CVD를 사용하여 형성된다. 일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물 전구체는 TDMAT(tetrakis(dimethylamino)titanium), TDEAT(tetrakis(diethylamino)titanium), 다른 적합한 티타늄 카본 질화물 전구체 또는 이들의 조합을 포함한다.
일부 실시형태에서, 수소에 의한 플라즈마 처리는 플라즈마 파워(plasma power)를 갖는다. 일부 실시형태에서, 플라즈마 처리의 플라즈마 파워는 RF 파워이다. 일부 실시형태에서, 플라즈마 처리의 플라즈마 파워는 1,550W보다 낮다 일부 실시형태에서, 플라즈마 처리의 플라즈마 파워는 1,450W 이하이다. 일부 실시형태에서, 플라즈마 처리의 플라즈마 파워는 1,000W보다 크다. 일부 실시형태에서, 플라즈마 처리는 또한 질소에 의한 것이다. 일부 실시형태에서, 수소에 의한 플라즈마 처리는 카본의 감소를 수행하기 위해 사용된다. 일부 실시형태에서, 수소에 의한 플라즈마 처리는 내식층(220)의 티타늄 카본 질화물의 카본의 양을 조정하기 위해 사용된다. 일부 실시형태에서, 수소에 의한 플라즈마 처리는 내식층(220)의 티타늄 카본 질화물의 카본의 양을 감소시키기 위해 사용된다.
일부 실시형태에서, 트렌치(110a) 내에 내식층(220)이 형성되기 전에, 유전체 물질(210)이 트렌치(110a) 내에 형성된다. 일부 실시형태에서, 유전체 물질(210)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, SOG(spin on glass), 로우 k 유전체, 다른 적합한 유전체 물질 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 유전체 물질(210)은 실리콘 산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 유전체 물질(210)은 CVD 프로세스 또는 PVD 프로세스를 사용하여 형성된다. 일부 실시형태에서, 유전체 물질(210)은 200 옹스트롬 내지 1,000 옹스트롬의 범위 내의 두께를 갖는다. 일부 실시형태에서, 트렌치(110a) 내의 유전체 물질(210) 및 내식층(220)을 집합적으로 딥 트렌치 아이솔레이션이라 한다.
일부 실시형태에서, 트렌치(110a) 내에 유전체 물질(210)이 형성되기 전에, 트렌치(110a) 내에 하이 k 금속 산화물층(미도시)이 형성된다. 일부 실시형태에서, 하이 k 금속 산화물은, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 이트륨 산화물, 탄탈룸 산화물, 스트론튬 산화물, 티타늄 산화물, 란타넘 산화물, 바륨 산화물, 다른 적합한 금속 산화물, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 하이 k 금속 산화물층은 CVD 프로세스 또는 PVD 프로세스를 사용하여 형성된다. 일부 실시형태에서, 트렌치(110a) 내의 하이 k 금속 산화물층, 유전체 물질(210), 및 내식층(220)을 을 집합적으로 딥 트렌치 아이솔레이션이라 한다.
일부 실시형태에서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 트렌치(110a) 내에 내식층(220)이 형성된 후에, 트렌치(110a) 내에 그리고 내식층(220) 위에 반사 물질(reflective material)(230)이 형성된다. 일부 실시형태에서, 반사 물질(230)은 트렌치(110a)를 충전시킨다. 일부 실시형태에서, 트렌치(110a)에 충전된 반사 물질(230)은 반사 영역을 확장하도록 구성된다. 일부 실시형태에서, 반사 물질(230)은 텅스텐, 알루미늄, 구리, 탄탈룸, 티타늄, 다른 적합한 금속 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 반사 물질(230)은 스퍼터링, 전기도금, CVD, PVD, 또는 다른 적합한 증착 기술을 사용하여 형성된다. 일부 실시형태에서, 트렌치(110a) 내의 유전체 물질(210), 내식층(220), 및 반사 물질(230)을 집합적으로 딥 트렌치 아이솔레이션이라 한다.
내식층(220)으로 인해, 반사 물질(230)이 형성될 때 방사선 감지 기판(110)이 손상되지 않고, 이로 인해 화이트 픽셀 결함의 발생이 방지된다는 것이 주목할 만하다. 일부 실시형태에서, 내식층(220)은 텅스텐을 형성하기 위한 WF6과 같은 반응 가스를 차단할 수 있고, 이로 인해 방사선 감지 기판(110)은 손상되지 않을 것이다.
일부 실시형태에서, 도 1c 내지 도 1d에 도시된 바와 같이, 반사 물질(230) 및 내식층(220) 상에 평탄화 프로세스가 수행된다. 일부 실시형태에서, 평탄화 프로세스는, CMP(chemical mechanical polish) 프로세스, 연삭 프로세스, 에칭 프로세스, 임의의 다른 적합한 물질 제거 프로세스, 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 평탄화 프로세스가 수행된 후에, 유전체 물질(210)의 상부 표면이 노출된다.
일부 실시형태에서, 도 1d 내지 도 1e에 도시된 바와 같이, 유전체 물질(210), 내식층(220), 및 반사 물질(230) 위에 다른 유전체 물질(240)이 형성된다. 일부 실시형태에서, 유전체 물질(240)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, SOG(spin on glass), 로우 k 유전체, 다른 적합한 유전체 물질 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 유전체 물질(240)은 실리콘 산화물을 포함한다. 일부 실시형태에서, 유전체 물질(240)은 CVD 프로세스 또는 PVD 프로세스를 사용하여 형성된다.
일부 실시형태에서, 도 1e에 도시된 바와 같이, 유전체 물질(240) 위에 반사 그리드(reflective grid)(250)가 형성된다. 일부 실시형태에서, 반사 그리드(250)는 실질적으로 또는 전체적으로 트렌치(110a)와 정렬된다(aligned). 일부 실시형태에서, 반사 그리드(250)는 텅스텐, 알루미늄, 구리, 탄탈룸, 티타늄, 티타늄 질화물, 다른 적합한 금속 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 반사 그리드(250)는, 스퍼터링, 전기도금, CVD, PVD, 플라즈마, 또는 다른 적합한 증착 기술 등의 증착 프로세스, 및 포토리소그래픽과 에칭 프로세스와 같은 패터닝 프로세스를 사용하여 형성된다.
일부 실시형태에서, 반사 그리드(250)가 형성된 후에, 보호층(260)이 반사 그리드(250) 위에 형성된다. 일부 실시형태에서, 보호층(260)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, SOG(spin on glass), 로우 k 유전체, 다른 적합한 유전체 물질 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 보호층(260)은 CVD 프로세스 또는 PVD 프로세스를 사용하여 형성된다. 일부 실시형태에서, 보호층(260)은 LRPO(low deposition rate resistor protection oxide)이다. 일부 실시형태에서, 보호층(260)은 1,000 옹스트롬 이상의 두께를 갖는다.
일부 실시형태에서, 보호층(260)이 형성된 후에, 보호층(260) 위에 컬러 필터층(미도시) 및 마이크로 렌즈층(미도시)이 순차적으로 형성된다. 컬러 필터층은 미리 결정된 파장을 가진 방사선이 방사선 감지 기판(110)에 도달하게 하도록 구성된다. 마이크로 렌즈층은 입사 방사선을 방사선 감지 기판(110)을 향하여 지향시키도록 구성된다. 대안으로서, 컬러 필터층의 위치와 마이크로 렌즈층의 위치가 반전되고, 이에 따라 마이크로 렌즈층이 컬러 필터층과 보호층(260) 사이에 있다.
이미지 센서 디바이스의 실시형태가 이하 상세히 설명될 것이다. 일부 실시형태에서, 이미지 센서 디바이스는 BSI(backside-illuminated) 이미지 센서 디바이스이다. 일부 실시형태에서, BSI 이미지 센서 디바이스는, CCD(charge-coupled device), CIS[CMOS(complementary metal oxide semiconductor) image sensor], APS, 또는 패시브 픽셀 센서(passive-pixel sensor)를 포함한다. 일부 실시형태에서, 이미지 센서 디바이스는, 픽셀과의 외부 통신을 지원하기 위한 그리고 픽셀의 동작 환경을 제공하기 위한 픽셀의 그리드에 인접하여 제공되는 입력부/출력부 및 추가 회로를 포함한다.
도 1e에 도시된 바와 같이, 이미지 센서 디바이스는 방사선 감지 기판(110) 및 딥 트렌치 아이솔레이션(DTI)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 반도체 기판을 포함한다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 디바이스 기판이다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 픽셀 영역, 주변 영역, 본딩 패드 영역(bonding pad region), 및 스크라이브 라인 영역(scribe line region)을 포함한다. 간략함을 위해, 픽셀 영역의 일부만이 도 1e에 도시된다.
방사선 감지 기판(110)은 서로 대향하는 전방 표면(112)과 후방 표면(114)을 포함한다. 일부 실시형태에서, 입사 방사선은 후방 표면(114)을 통해 방사선 감지 기판(110)으로 입사된다. 일부 실시형태에서, 방사선 감지 기판(110)은 방사선 감지 영역(미도시)을 포함한다.
DTI(deep trench isolation)는 트렌치(110a) 및 트렌치(110a) 내의 티타늄 카본 질화물층(220)을 포함한다. 트렌치(110a)는 후방 표면(114)으로부터 방사선 감지 기판(110)으로 연장된다. 일부 실시형태에서, 트렌치(110a) 내의 티타늄 카본 질화물층(220)은 등각 방식이다. 일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물층(220)의 티타늄 카본 질화물은 TiCxN(2-x)의 화학식을 갖고, x는 0.1 내지 0.9의 범위 내에 있다. 일부 실시형태에서, x는 0.2 내지 0.8의 범위 내에 있다. 일부 실시형태에서, x는 0.3 내지 0.7의 범위 내에 있다. TiCxN(2-x)의 화학식을 갖고, x는 0.1 내지 0.9의 범위 내에 있는 티타늄 카본 질화물층(220)의 티타늄 카본 질화물을 사용함으로써 화이트 픽셀 결함이 현저하게 개선될 수 있다.
일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물층(220)은 15% 내지 40%로 카본을 포함한다. 일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물층(220)은 20% 내지 40%로 카본을 포함한다. 일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물층(220)은 15% 내지 40%로 질소를 포함한다. 일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물층(220)은 20% 내지 40%로 질소를 포함한다. 일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물층(220)은 20% 내지 40%로 티타늄을 포함한다. 일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물층(220)은 30% 내지 40%로 티타늄을 포함한다. 일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물층(220)에서, 카본의 양과 질소의 양 사이의 차이는 10 at% 이하이다. 일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물층(220)에서, 티타늄의 양은 카본의 양보다 많다. 일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물층(220)에서, 티타늄의 양은 질소의 양보다 많다. 일부 실시형태에서, 티타늄 카본 질화물층(220)에서, 질소의 양은 카본의 양보다 많다.
일부 실시형태에서, 딥 트렌치 아이솔레이션(DTI)은 트렌치(110a)의 내부 표면과 티타늄 카본 질화물층(220) 사이의 유전체 물질(210)을 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 트렌치(110a) 내의 유전체 물질(210)은 등각 방식이다. 일부 실시형태에서, 유전체 물질(210)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, SOG(spin on glass), 로우 k 유전체, 다른 적합한 유전체 물질 또는 이들의 조합을 포함한다.
일부 실시형태에서, 딥 트렌치 아이솔레이션(DTI)은 트렌치(110a)의 내부 표면과 유전체 물질(210) 사이의 하이 k 금속 산화물층(미도시)을 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 트렌치(110a) 내의 하이 k 금속 산화물층은 등각 방식이다. 일부 실시형태에서, 하이 k 금속 산화물은, 하프늄 산화물, 알루미늄 산화물, 지르코늄 산화물, 마그네슘 산화물, 칼슘 산화물, 이트륨 산화물, 탄탈룸 산화물, 스트론튬 산화물, 티타늄 산화물, 란타넘 산화물, 바륨 산화물, 다른 적합한 금속 산화물, 또는 이들의 조합을 포함한다.
일부 실시형태에서, 딥 트렌치 아이솔레이션(DTI)은 트렌치(110a) 내에 그리고 티타늄 카본 질화물층(220) 위에 반사 물질(230)을 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 반사 물질(230)은 트렌치(110a)를 충전시킨다. 일부 실시형태에서, 반사 물질(230)은 텅스텐, 알루미늄, 구리, 탄탈룸, 티타늄, 다른 적합한 금속 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시형태에서, 반사 물질(230)은 티타늄 카본 질화물층(220)과 접촉한다.
일부 실시형태에서, 이미지 센서 디바이스는 유전체 물질(210) 위에 다른 유전체 물질(240)을 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 유전체 물질(240)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, SOG(spin on glass), 로우 k 유전체, 다른 적합한 유전체 물질 또는 이들의 조합을 포함한다.
일부 실시형태에서, 이미지 센서 디바이스는 유전체 물질(240) 위에 반사 그리드(250)를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 반사 그리드(250)는 실질적으로 또는 전체적으로 트렌치(110a)와 정렬된다(aligned). 일부 실시형태에서, 반사 물질(250)은 텅스텐, 알루미늄, 구리, 탄탈룸, 티타늄, 다른 적합한 금속 또는 이들의 조합을 포함한다.
일부 실시형태에서, 이미지 센서 디바이스는 반사 그리드(250) 위에 보호층(260)을 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 보호층(260)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, SOG(spin on glass), 로우 k 유전체, 다른 적합한 유전체 물질 또는 이들의 조합을 포함한다.
일부 실시형태에서, 이미지 센서 디바이스는 보호층(260) 위에 컬러 필터층(미도시) 및 마이크로 렌즈층(미도시)을 더 포함한다. 컬러 필터층은 미리 결정된 파장을 가진 방사선이 방사선 감지 기판(110)에 도달하게 하도록 구성된다. 마이크로 렌즈층은 입사 방사선을 방사선 감지 기판(110)을 향하여 지향시키도록 구성된다.
일부 실시형태에서, 이미지 센서 디바이스는 방사선 감지 기판(110)의 전방 표면(112) 위에 상호접속 구조체(120)를 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 상호접속 구조체(120)는 ILD(inter layer dielectric) 및 MLI(multilayer interconnection) 구조체를 포함한다. 일부 실시형태에서, 상호접속 구조체(120)는 다양한 도핑된 피처, 회로, 및 이미지 센서 디바이스의 입력부/출력부에 연결될 수 있는 비아/콘택트(124) 및 도전성 라인(122)을 포함한다.
일부 실시형태에서, 이미지 센서 디바이스는 상호접속 구조체(120) 위에 다른 기판(130)을 더 포함한다. 일부 실시형태에서, 기판(130)은 캐리어 기판(carrier substrate)이다. 일부 실시형태에서, 기판(130)은 ASIC(application specific integrated circuit) 기판을 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 방사선 감지 기판에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 방법은, 방사선 감지 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계; TiCxN(2-x)의 화학식을 갖고, x는 0.1 내지 0.9의 범위 내에 있는 티타늄 카본 질화물을 포함하는 내식층을 트렌치 내에 형성하는 단계; 및 트렌치 내에 그리고 내식층 위에 반사 물질을 충전하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 방사선 감지 기판에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 방법은, 방사선 감지 기판 내에 트렌치를 형성하는 단계; 트렌치 내에 티타늄 카본 질화물 함유층을 형성하는 단계; 티타늄 카본 질화물 함유층을 내식층으로 변환하기 위해 티타늄 카본 질화물 함유층에 대해 수소로 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 및 트렌치 내에 그리고 내식층 위에 반사 물질을 충전하는 단계를 포함한다.
일부 실시형태에 따르면, 이미지 센서 디바이스는 방사선 감지 기판 및 딥 트렌치 아이솔레이션을 포함한다. 방사선 감지 기판은 전방 표면 및 후방 표면을 갖는다. 딥 트렌치 아이솔레이션은 방사선 감지 기판 내에 있다. 딥 트렌치 아이솔레이션은 후방 표면으로부터 방사선 감지 기판으로 연장되는 트렌치 및 트렌치 내의 티타늄 카본 질화물층을 포함한다.
상기 내용은 당업자가 본 발명의 상세한 내용을 더 잘 이해할 수 있도록 몇가지 실시형태의 특징의 개요를 설명한 것이다. 여기 개시된 실시형태의 동일 목적을 수행하는 것 및/또는 동일 장점을 달성하는 것을 위해 다른 프로세스 및 구조를 디자인 또는 수정하기 위한 기초로서 본 발명을 용이하게 사용할 수 있다는 것을 통상의 기술자는 인식해야 한다. 또한, 이러한 동등물은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 것과 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는 다양한 변경, 대체, 및 개조가 이루어질 수 있다는 것을 통상의 기술자는 인식해야 한다.
Claims (10)
- 방사선 감지 기판 내에 딥 트렌치 아이솔레이션(deep trench isolation)을 형성하는 방법에 있어서,
상기 방사선 감지 기판 내에 트렌치(trench)를 형성하는 단계;
상기 트렌치 내에 내식층(corrosion resistive layer) - 상기 내식층은 TiCxN(2-x)의 화학식을 갖는 티타늄 카본 질화물을 포함하고, x는 0.1 내지 0.9의 범위 내에 있음 - 을 형성하는 단계;
상기 트렌치 내에 그리고 상기 내식층 위에 반사 물질을 충전하는 단계
를 포함하는, 방사선 감지 기판 내에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 트렌치 내에 상기 내식층을 형성하기 전에, 상기 트렌치 내에 유전체 물질을 형성하는 단계를 더 포함하는, 방사선 감지 기판 내에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 방버. - 제1항에 있어서,
상기 트렌치 내에 상기 내식층을 형성하는 단계는,
상기 트렌치 내에 티타늄 카본 질화물 함유층을 형성하는 단계; 및
상기 티타늄 카본 질화물 함유층을 상기 내식층으로 변환하기 위해, 상기 티타늄 카본 질화물 함유층에 대해 수소로 플라즈마 처리를 수행하는 단계
를 포함하는 것인, 방사선 감지 기판 내에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 방법. - 방사선 감지 기판 내에 딥 트렌치 아이솔레이션(deep trench isolation)을 형성하는 방법에 있어서,
상기 방사선 감지 기판 내에 트렌치(trench)를 형성하는 단계;
상기 트렌치 내에 티타늄 카본 질화물 함유층을 형성하는 단계;
상기 티타늄 카본 질화물 함유층을 내식층으로 변환하기 위해, 상기 티타늄 카본 질화물 함유층에 대해 수소로 플라즈마 처리를 수행하는 단계; 및
상기 트렌치 내에 그리고 상기 내식층 위에 반사 물질을 충전하는 단계
를 포함하는, 방사선 감지 기판 내에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 방법. - 제4항에 있어서,
상기 플라즈마 처리는 또한 질소를 이용하는 것인, 방사선 감지 기판 내에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하는 방법. - 이미지 센서 디바이스에 있어서,
전방 표면 및 후방 표면을 갖는 방사선 감지 기판; 및
상기 방사선 감지 기판 내의 딥 트렌치 아이솔레이션(deep trench isolation)
을 포함하고,
상기 딥 트렌치 아이솔레이션은,
상기 후방 표면으로부터 상기 방사선 감지 기판으로 연장되는 트렌치; 및
상기 트렌치 내의 티타늄 카본 질화물층
을 포함하는 것인, 이미지 센서 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 티타늄 카본 질화물층의 티타늄 카본 질화물은 TiCxN(2-x)의 화학식을 갖고, x는 0.1 내지 0.9의 범위 내에 있는 것인, 이미지 센서 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 티타늄 카본 질화물층에서, 카본의 양과 질소의 양 사이의 차이는 10 at% 이하인 것인, 이미지 센서 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 딥 트렌치 아이솔레이션은 상기 티타늄 카본 질화물층과 상기 트렌치의 내부 표면 사이의 유전체 물질을 더 포함하는 것인, 이미지 센서 디바이스. - 제6항에 있어서,
상기 딥 트렌치 아이솔레이션은 상기 트렌치 내에 그리고 상기 티타늄 카본 질화물층 위에 반사 물질을 더 포함하는 것인, 이미지 센서 디바이스.
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201562261204P | 2015-11-30 | 2015-11-30 | |
| US62/261,204 | 2015-11-30 | ||
| US15/048,936 | 2016-02-19 | ||
| US15/048,936 US10134801B2 (en) | 2015-11-30 | 2016-02-19 | Method of forming deep trench isolation in radiation sensing substrate and image sensor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170063352A true KR20170063352A (ko) | 2017-06-08 |
| KR101942157B1 KR101942157B1 (ko) | 2019-01-24 |
Family
ID=58693340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160135560A KR101942157B1 (ko) | 2015-11-30 | 2016-10-19 | 방사선 감지 기판 및 이미지 센서 디바이스에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하기 위한 방법 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (4) | US10134801B2 (ko) |
| KR (1) | KR101942157B1 (ko) |
| DE (1) | DE102016116290A1 (ko) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10319768B2 (en) | 2017-08-28 | 2019-06-11 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Image sensor scheme for optical and electrical improvement |
| US10510788B2 (en) * | 2017-10-31 | 2019-12-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Semiconductor image sensor |
| CN107731860A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-02-23 | 德淮半导体有限公司 | 一种背照式cmos图像传感器及其形成方法 |
| US11075242B2 (en) | 2017-11-27 | 2021-07-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Semiconductor devices for image sensing |
| CN108183116A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-19 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| US10566359B1 (en) * | 2018-08-22 | 2020-02-18 | Omnivision Technologies, Inc. | Variably biased isolation structure for global shutter pixel storage node |
| KR102553314B1 (ko) | 2018-08-29 | 2023-07-10 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
| US11329086B2 (en) * | 2019-12-27 | 2022-05-10 | Omnivision Technologies, Inc. | Method and structure to improve image sensor crosstalk |
| JP2021163899A (ja) * | 2020-04-01 | 2021-10-11 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置及びその製造方法 |
| CN111834287B (zh) * | 2020-08-18 | 2022-10-11 | 上海华力微电子有限公司 | 深沟槽隔离结构的制备方法及半导体结构 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1074709A (ja) * | 1996-08-29 | 1998-03-17 | Nec Corp | 半導体装置とその製造方法 |
| KR20010078247A (ko) * | 2000-02-01 | 2001-08-20 | 조셉 제이. 스위니 | 금속질화물/금속 스택의 처리 방법 |
| KR20150012993A (ko) * | 2013-07-26 | 2015-02-04 | 가부시끼가이샤 도시바 | 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법 |
| KR20150105076A (ko) * | 2014-03-07 | 2015-09-16 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6474709A (en) | 1987-09-17 | 1989-03-20 | Toshiba Corp | Superconducting device |
| JP2010129934A (ja) * | 2008-11-30 | 2010-06-10 | Sintokogio Ltd | ガラス回路基板及びガラス回路基板の製造方法 |
| KR20100096488A (ko) | 2009-02-24 | 2010-09-02 | 삼성전자주식회사 | 리세스 채널 구조를 갖는 반도체 소자 |
| KR101968778B1 (ko) * | 2011-05-13 | 2019-04-12 | 더 리전트 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 | 세포의 선택적 트랜스펙션을 위한 광열 기판 |
| US9041140B2 (en) * | 2012-03-15 | 2015-05-26 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Grids in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same |
| US8941204B2 (en) * | 2012-04-27 | 2015-01-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Apparatus and method for reducing cross talk in image sensors |
| JP2015012043A (ja) | 2013-06-26 | 2015-01-19 | 株式会社東芝 | 撮像装置およびその製造方法 |
| KR102095494B1 (ko) * | 2013-07-01 | 2020-03-31 | 삼성전자주식회사 | 씨모스 이미지 센서 |
| US9060144B2 (en) * | 2013-08-16 | 2015-06-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Image sensor and manufacturing method thereof |
| US9136298B2 (en) * | 2013-09-03 | 2015-09-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Mechanisms for forming image-sensor device with deep-trench isolation structure |
| US9564468B2 (en) * | 2015-03-20 | 2017-02-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Composite grid structure to reduce crosstalk in back side illumination image sensors |
| US9570493B2 (en) * | 2015-04-16 | 2017-02-14 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Dielectric grid bottom profile for light focusing |
| US10177185B2 (en) * | 2015-05-07 | 2019-01-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | High dielectric constant dielectric layer forming method, image sensor device, and manufacturing method thereof |
| US10096654B2 (en) * | 2015-09-11 | 2018-10-09 | Sandisk Technologies Llc | Three-dimensional resistive random access memory containing self-aligned memory elements |
-
2016
- 2016-02-19 US US15/048,936 patent/US10134801B2/en active Active
- 2016-09-01 DE DE102016116290.6A patent/DE102016116290A1/de active Pending
- 2016-10-19 KR KR1020160135560A patent/KR101942157B1/ko active IP Right Grant
-
2018
- 2018-10-09 US US16/154,839 patent/US10510798B2/en active Active
-
2019
- 2019-12-13 US US16/713,884 patent/US11404470B2/en active Active
-
2022
- 2022-07-25 US US17/872,276 patent/US20220359607A1/en active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH1074709A (ja) * | 1996-08-29 | 1998-03-17 | Nec Corp | 半導体装置とその製造方法 |
| KR20010078247A (ko) * | 2000-02-01 | 2001-08-20 | 조셉 제이. 스위니 | 금속질화물/금속 스택의 처리 방법 |
| KR20150012993A (ko) * | 2013-07-26 | 2015-02-04 | 가부시끼가이샤 도시바 | 고체 촬상 장치 및 고체 촬상 장치의 제조 방법 |
| KR20150105076A (ko) * | 2014-03-07 | 2015-09-16 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101942157B1 (ko) | 2019-01-24 |
| US20190043915A1 (en) | 2019-02-07 |
| US11404470B2 (en) | 2022-08-02 |
| US20220359607A1 (en) | 2022-11-10 |
| DE102016116290A1 (de) | 2017-06-01 |
| US20170154917A1 (en) | 2017-06-01 |
| US10134801B2 (en) | 2018-11-20 |
| US20200119081A1 (en) | 2020-04-16 |
| US10510798B2 (en) | 2019-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101942157B1 (ko) | 방사선 감지 기판 및 이미지 센서 디바이스에 딥 트렌치 아이솔레이션을 형성하기 위한 방법 | |
| US11342374B2 (en) | Mechanisms for forming image-sensor device with deep-trench isolation structure | |
| US10868050B2 (en) | Backside illuminated image sensor with negatively charged layer | |
| US8853811B2 (en) | Image sensor trench isolation with conformal doping | |
| JP5875053B2 (ja) | 裏面照射型画像センサの反射防止層 | |
| US9799697B2 (en) | Back side illuminated image sensor with deep trench isolation structures and self-aligned color filters | |
| US11430823B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor image sensor device having deep trench isolation | |
| US9040341B2 (en) | Image device and methods of forming the same | |
| KR20130059252A (ko) | 후면 조명 이미지 센서에 대한 암 전류 감소 | |
| US9536920B2 (en) | Stacked image sensor having a barrier layer | |
| US8697472B2 (en) | Image sensor with improved dark current performance | |
| CN115663006A (zh) | 半导体图像传感器件及其制造方法 | |
| KR20140111585A (ko) | 개선된 암전류 성능을 갖는 이미지 센서 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right |