KR20190055732A - 이미지 센서 디바이스들에 대한 컬러 필터 균일도 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 이미지 센서 디바이스에서의 베이킹 프로세스 후의 컬러 필터의 표면 변형을 감소시키기 위한 방법에 관한 것이다. 표면 변형은 베이킹 전에 컬러 필터의 표면 영역을 증가시킴으로써 감소될 수 있다. 예를 들어, 방법은, 이미지 센서 디바이스의 반도체층 위에 그리드 구조물을 형성하는 단계로서, 그리드 구조물은 공통 측벽을 갖는 하나 이상의 셀을 갖는 제 1 영역을 포함하는 것인, 그리드 구조물을 형성하는 단계; 그리드 구조물의 제 2 영역 내에 하나 이상의 컬러 필터를 배치하는 단계; 그리드 구조물의 제 1 영역 내의 공통 측벽을 리세싱하여 리세싱된 공통 측벽을 갖는 셀들의 그룹을 형성하는, 공통 측벽을 리세싱하는 단계; 및 셀들의 그룹 내에 다른 컬러 필터를 배치하는 단계를 포함한다.
Description
본 출원은 2017년 11월 15일에 출원되고 그 전체가 참조로서 본원에 포함되는 “이미지 센서 디바이스들에 대한 컬러 필터 균일도”로 명칭된 미국 특허 가출원 제 62/586,324 호의 이익을 주장한다.
예를 들어, 가시광, 적외선광 등과 같은 가시 또는 비가시 방사선을 감지하기 위해 반도체 이미지 센서들이 사용된다. 디지털 스틸 카메라들, 모바일 폰들, 태블릿들, 고글들 등과 같은 다양한 응용들에서 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서(image sensor)(CIS)들 및 CCD(charge-coupled device) 센서들이 사용된다. CMOS 및 CIS 디바이스들 내에 포함된 픽셀들의 어레이들이 센서를 향해 투영되는 입사 방사선을 감지하고 이 입사 방사선을 전기 신호들로 변환할 수 있다.
본 개시의 양태는 첨부 도면들과 함께 읽을 때, 이어지는 상세한 설명으로부터 최상으로 이해된다. 본 산업에서의 통상적인 관행에 따라, 다양한 피처들이 축척대로 도시되지 않은 점을 유념한다. 실제로, 다양한 피처들의 치수(dimension)들은 예시 및 논의의 명료함을 위해 임의로 증가되거나 또는 감소될 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 후면 조사형(backside illuminated) 이미지 센서 디바이스의 단면도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 컬러 필터들을 수용하도록 구성된 복합(composite) 그리드 구조물의 상면도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 베이킹 동작 후의 컬러 필터의 표면 변형을 억제하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 부분적으로 제조된 이미지 센서 디바이스의 반도체층 상의 복합 그리드 구조물의 단면도이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 점유되지 않은 셀들의 그룹이 공통 측벽들을 갖는 복합 그리드 구조물의 상면도이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른, 레드 및 블루 컬러 필터들이 복합 그리드 구조물의 셀들에 배치된 후의 복합 그리드 구조물의 단면도이다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 측벽 리세싱 프로세스 후의 복합 그리드 구조물의 단면도이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 점유되지 않은 셀들의 클러스터(cluster)가 리세싱된 공통 측벽들을 갖는 복합 그리드 구조물의 상면도이다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 셀들의 그룹이 리세싱된 공통 측벽들을 갖고 그린 컬러 필터로 충전된 복합 그리드 구조물의 상면도이다.
도 10은 일부 실시예들에 따른, 리세싱된 공통 측벽들을 갖는 셀들 내에 그린 필터가 배치된 후의 복합 그리드 구조물의 단면도이다.
도 11은 일부 실시예들에 따른, 컬러 필터들의 리세싱된 최상면들을 갖는 복합 그리드 구조물의 단면도이다.
도 12는 일부 실시예들에 따른, 컬러 필터들의 리세싱된 최상면들을 갖는 복합 그리드 구조물의 상면도이다.
도 1은 일부 실시예들에 따른, 후면 조사형(backside illuminated) 이미지 센서 디바이스의 단면도이다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 컬러 필터들을 수용하도록 구성된 복합(composite) 그리드 구조물의 상면도이다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 베이킹 동작 후의 컬러 필터의 표면 변형을 억제하는 방법의 흐름도이다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 부분적으로 제조된 이미지 센서 디바이스의 반도체층 상의 복합 그리드 구조물의 단면도이다.
도 5는 일부 실시예들에 따른, 점유되지 않은 셀들의 그룹이 공통 측벽들을 갖는 복합 그리드 구조물의 상면도이다.
도 6은 일부 실시예들에 따른, 레드 및 블루 컬러 필터들이 복합 그리드 구조물의 셀들에 배치된 후의 복합 그리드 구조물의 단면도이다.
도 7은 일부 실시예들에 따른, 측벽 리세싱 프로세스 후의 복합 그리드 구조물의 단면도이다.
도 8은 일부 실시예들에 따른, 점유되지 않은 셀들의 클러스터(cluster)가 리세싱된 공통 측벽들을 갖는 복합 그리드 구조물의 상면도이다.
도 9는 일부 실시예들에 따른, 셀들의 그룹이 리세싱된 공통 측벽들을 갖고 그린 컬러 필터로 충전된 복합 그리드 구조물의 상면도이다.
도 10은 일부 실시예들에 따른, 리세싱된 공통 측벽들을 갖는 셀들 내에 그린 필터가 배치된 후의 복합 그리드 구조물의 단면도이다.
도 11은 일부 실시예들에 따른, 컬러 필터들의 리세싱된 최상면들을 갖는 복합 그리드 구조물의 단면도이다.
도 12는 일부 실시예들에 따른, 컬러 필터들의 리세싱된 최상면들을 갖는 복합 그리드 구조물의 상면도이다.
이어지는 개시는 제공되는 본 발명내용의 상이한 피처들을 구현하기 위한 많은 상이한 실시예들, 또는 예시들을 제공한다. 본 개시를 단순화하기 위해 컴포넌트들 및 배열들의 특정 예시들이 아래에서 설명된다. 물론, 이것들은 단지 예시들에 불과하며, 제한적으로 의도되는 것은 아니다. 예를 들어, 이어지는 설명에서 제 2 피처 위의 제 1 피처의 형성은 제 1 피처 및 제 2 피처가 직접적으로 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있으며, 또한 제 1 피처 및 제 2 피처가 직접적으로 접촉하지 않도록 추가적인 피처들이 제 1 피처와 제 2 피처 사이에 배치될 수 있는 실시예들을 포함할 수 있다.
또한, "밑", "아래", "보다 아래", "위", "보다 위" 등과 같은 공간 상대적 용어는, 도면에 예시된 바와 같이, 다른 엘리먼트(들) 또는 피처(들)에 대한 하나의 엘리먼트 또는 피처의 관계를 설명하도록 설명의 용이성을 위해 본원에서 사용될 수 있다. 공간 상대적 용어들은 도면들에 도시된 배향에 더하여, 사용 중이거나 또는 동작 중인 디바이스의 상이한 배향들을 망라하도록 의도된 것이다. 장치는 이와 다르게 배향(90° 또는 다른 배향들로 회전)될 수 있으며, 본원에서 사용되는 공간 상대적 기술어들이 그에 따라 유사하게 해석될 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 “약”은, 본 반도체 디바이스와 연관된 특정 기술 노드에 기반하여 변화할 수 있는 주어진 양의 값을 나타낸다. 특정 기술 노드에 기반하여, 용어 “약”은 예를 들어 값의 10% 내지 30% 내에서(예를 들어, 값의 ±10%, ±20%, 또는 ±30%) 변화하는 주어진 양의 값을 나타낼 수 있다.
일 유형의 이미지 센서 디바이스는 후면 조사형 이미지 센서 디바이스이다. 후면 조사형 이미지 센서 디바이스에서, 이미지 센서 디바이스가 가로막음(obstructions)이 최소화되거나 가로막음 없이 광을 수집할 수 있도록, 기판의 후면 상에(예를 들어, 기판의 회로부의 양 측 상에) 컬러 필터들 및 마이크로 렌즈들이 위치된다. 결과적으로, 후면 조사형 이미지 센서 디바이스들은, 이미지 센서 디바이스의 컬러 필터들 및 마이크로 렌즈들이 기판의 회로부와 픽셀들 사이에 위치되는 기판의 전면으로부터 보다는, 기판의 후면으로부터 광을 검출하도록 구성된다. 전면 조사형 이미지 센서 디바이스들과 비교하여, 후면 조사형 이미지 센서 디바이스들은 낮은 광 조건들 하에서의 향상된 성능 및 더 높은 양자 효율(quantum efficiency; QE)(예를 들어, 광자의 전자로의 변환 퍼센티지)을 갖는다.
이미지 센서 디바이스들은 입사 광선들로부터 컬러 정보를 캡처하기 위해 컬러 필터들을 사용한다. 예를 들어, 이미지 센서 디바이스는, 컬러 필터들의 사용을 통해 가시광 스펙트럼의 레드, 그린, 및 블루(red, green, and blue; RGB) 영역들을 검출할 수 있다. 이미지 센서 디바이스의 픽셀들 위에 컬리 필터 재료를 위치시키기 위해, 컬러 필터 재료로 충전될 수 있는 셀들을 포함하는 복합 그리드 구조물이 사용된다.
복합 그리드 구조물이 컬러 필터들(예를 들어, 레드, 그린, 또는 블루)로 충전되면, 컬러 필터 재료를 경화시키기 위해 베이크가 수행된다. 컬러 필터 재료가 경화됨에 따라, 컬러 필터의 최상면 영역이 일정량 축소된다. 또한, 각각의 컬러 필터가 상이한 축소량을 보일 수 있다. 예를 들어, 그린 컬러 필터는 약 14% 내지 약 18%(예를 들어, 약 14.7% 내지 약 18%) 축소될 수 있고, 레드 컬러 필터는 약 13% 내지 약 16%(예를 들어, 약 13.2% 내지 약 16.2%) 축소될 수 있으며, 블루 컬러 필터는 약 7% 내지 9%(예를 들어, 약 7.5% 내지 약 9%) 축소될 수 있다. 컬러 필터들이 축소됨에 따라, 컬러 필터들의 최상면이 평면형으로부터 볼록형으로 변형되고 변경된다. 최상면 변형의 정도는 축소량에 비례할 수 있다. 예를 들어, 가장 많이 축소되는 그린 컬러 필터가 레드 또는 블루 컬러 필터들과 비교하여 더 변형되는 경향이 있을 수 있다. 또한, 컬러 필터 축소는 픽셀 면적에 걸친 컬러 균일도의 지표[예를 들어, 포토 디아고날(photo diagonals) 상의 컬러 균일도를 체크하기 위한 인덱스]인 컬러 차폐 균일도(color shielding uniformity; CSU)에 영향을 줄 수 있다. 불량한 컬러 차폐 균일도는 이미지 센서 디바이스의 성능 저하를 초래할 수 있다.
본 개시에 따른 다양한 실시예들은 베이킹 프로세스 후의 컬러 필터의 최상면 변형을 감소시키기 위한 방법을 제공한다. 이는, 컬러 필터가 하나 이상의 인접한 셀들로 확장되도록 하여 컬러 필터들의 최상면 영역을 증가시킴으로써 달성될 수 있다. 예시에서, 2개의 컬러 필터들이, 2개의 인접한 셀들에 걸쳐 연장되는 더 큰 최상면 영역을 갖는 단일 컬러 필터로 조합될 수 있도록, 2개의 동일한 컬러의 컬러 필터들이 복합 그리드 구조물의 2개의 인접한 셀들을 점유하고, 인접한 셀들의 공통 측벽이 선택적으로 리세싱될 수 있다고 가정한다. 공통 최상면은, 예를 들어 컬러 필터들의 개별 최상면들의 사이즈의 2배일 수 있다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예들에 따른, 후면 조사형 이미지 센서 디바이스(100)의 단순화된 단면도이다. 후면 조사형 이미지 센서 디바이스(100)는 방사선 감지 영역들(104)을 갖는 반도체층(102)을 포함한다. 비제한적인 예시로서, 반도체층(102)은 붕소와 같은 p형 도펀트로 도핑된 실리콘 재료를 포함한다. 대안적으로, 반도체층(102)은 인 또는 비소와 같은 n형 도펀트로 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다. 반도체층(102)은 또한 게르마늄 또는 다이아몬드와 같은 다른 원소(elementary) 반도체들을 포함할 수 있다. 반도체층(102)은 선택적으로 화합물(compound) 반도체 및/또는 합금 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 반도체층(102)은 성능 증대를 위해 스트레이닝(straining)될 수 있는 에피택셜층을 포함할 수 있다. 반도체층(102)은 또한 실리콘 온 절연체(silicon-on-insulator; SOI) 구조물을 포함할 수 있다.
반도체층(102)은 전면(“바닥면”으로도 지칭됨)(106) 및 후면(“최상면”으로도 지칭됨)(108)을 갖는다. 반도체층(102)은 약 100μm 내지 약 3000μm 범위일 수 있는 두께를 갖는다.
반도체층(102) 내에 방사선 감지 영역들 또는 픽셀들(104)이 형성된다. 본원에서 개시되는 바와 같이, 용어들 “방사선 감지 영역들” 및 “픽셀들”은 상호교환적으로 사용될 수 있다. 픽셀들(104)은, 후면(108)으로부터 반도체층(102)에 충돌하는 입사 광선들과 같은 방사선을 감지하도록 구성된다. 방사선 감지 영역들 또는 픽셀들(104) 각각은 본 개시의 일부 실시예들에 따른, 광자들을 전하로 변환할 수 있는 포토다이오드를 포함한다. 본 개시의 일부 실시예들에서, 픽셀들(104)은 포토다이오드들, 트랜지스터들, 증폭기들, 다른 유사한 디바이스들, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 픽셀들(104)은 본원에서 “방사선 검출 디바이스들” 또는 “광 센서들”로도 지칭될 수 있다.
단순화를 위해, 도 1에 2개의 픽셀들(104)이 예시되지만, 반도체층(102) 내에 추가 픽셀들(104)이 구현될 수 있다. 비제한적인 예시로서, 픽셀들(104)은 전면(106)으로부터의 반도체층(102)에의 이온 주입 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다. 픽셀들(104)은 또한 도펀트 확산 프로세스에 의해 형성될 수 있다.
픽셀들(104)은 격리 구조물들(110)로 서로 전기적으로 격리된다. 격리 구조물들(110)은, 반도체층(102) 내로 에칭되고 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산화질화물, 불소 도핑된 실리케이트 글래스(fluorine-doped silicate glass; FSG), 로우 k(low-k) 유전체 재료(예를 들어, 3.9보다 낮은 k 값을 갖는 재료), 및/또는 적절한 절연 재료와 같은 유전체 재료로 충전되는 트렌치들일 수 있다. 본 개시의 일부 실시예들에 따르면, 반도체층(102)의 후면(108) 상의 격리 구조물들(110)은 반사 방지 코팅(anti-reflective coating; ARC)(112)을 갖는다. ARC(112)은 입사광이 방사선 감지 영역들/픽셀들(104)로부터 반사되어 나가는 것을 방지할 수 있는 라이너(liner)층이다. ARC(112)은 하프늄 산화물(HfO2), 탄탈륨 펜트산화물(tantalum pentoxide)(Ta2O5), 지르코늄 이산화물(ZrO2), 알루미늄 산화물(Al2O3), 또는 임의의 다른 하이 k(high-k) 재료와 같은 하이 k 재료(예를 들어, 3.9보다 큰 k 값을 갖는 재료)를 포함할 수 있다. ARC(112)은 스퍼터링 프로세스, 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition; CVD) 기반 프로세스, 원자 층 증착(atomic layer deposition; ALD) 기반 기술들, 또는 임의의 다른 적절한 퇴적 기술을 사용하여 퇴적될 수 있다. 본 개시의 일부 실시예들에서, ARC(112)의 두께는 약 10Å 내지 약 500Å 범위일 수 있다.
후면 조사형 이미지 센서 디바이스(100)는 또한 반도체층(102) 위에, 가령 도 1에 예시된 바와 같이 ARC(112) 위에 형성되는 캡핑(capping)층(114)을 포함한다. 본 개시의 일부 실시예들에서, 캡핑층(114)은, 그 위에 후면 조사형 이미지 센서 디바이스(100)의 추가 층들이 형성될 수 있는 평면을 제공할 수 있다. 캡핑층(114)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산화질화물(SiON), 또는 임의의 다른 적절한 유전체 재료와 같은 유전체 재료를 포함할 수 있다. 또한, 캡핑층(114)은 CVD 또는 임의의 다른 적절한 퇴적 기술을 사용하여 퇴적될 수 있다. 본 개시의 일부 실시예들에서, 캡핑층(114)의 두께는 약 500Å 내지 약 2000Å 범위일 수 있다.
또한, 후면 조사형 이미지 센서 디바이스(100)는 캡핑층(114) 위에 형성되는 복합 그리드 구조물(116)을 포함한다. 본 개시의 일부 실시예들에 따르면, 복합 그리드 구조물(116)은 열들 및 행들로 배열되는 셀들(118)을 포함하고, 각각의 셀(118)은 개별 방사선 감지 영역(104)과 정렬된다. 위에서 언급된 바와 같이, 셀들(118)은 레드, 그린, 또는 블루 컬러 필터(120)를 수용할 수 있다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 복합 그리드 구조물(116)의 상면도이다. 복합 그리드 구조물(116)의 각각의 셀(118)은 단일 컬러 필터(120)로 충전된다. 비제한적인 예시로서, 이웃하는 셀들(118)은 동일한 컬러의 컬러 필터로 충전될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 4개의 인접한 셀들(118)이 동일한 컬러 필터(120)로 충전될 수 있다[예를 들어, 4개의 인접한 셀들(118)이 동일한 컬러(레드, 그린, 또는 블루)를 갖는 필터를 가짐]. 결론적으로, 사분면(quadrant)의 일부인 셀들(118)은 4개의 측벽들(a, b, c, 및 d)을 공유한다. 이 예시에서, 각각의 셀(118) 내의 컬러 필터들은 공통 측벽들(a, b, c, 및 d)을 통해 서로 격리되어 유지된다. 도 2에 도시된 바와 같은 동일한 컬러 필터(120)로 충전되는 셀들(118)의 개수는 예시적이며 비제한적이다. 따라서, 동일한 컬러 필터(120)로 충전되는 이웃하는 셀들(118)의 그룹이 더 크거나 더 작을 수 있다(예를 들어, 2개, 6개 등).
도 1을 참조하면, 복합 그리드 구조물(116)의 셀들(118)은, 바닥층(122) 및 최상단 유전체층(124)을 퇴적하고 바닥층 및 최상단 유전체층을 선택적으로 에칭해 내어 셀들(118)을 형성함으로써 형성될 수 있다. 비제한적인 예시로서, 복합 그리드 구조물(116)은 다음과 같이 형성될 수 있다: 캡핑층(114) 상에 바닥층(122) 및 최상단 유전체층(124)이 블랭킷(blanket) 퇴적될 수 있음. 바닥층(122) 및 최상단 유전체층(124)을 패터닝하여 셀들(118)의 측벽들을 형성하기 위해 하나 이상의 포토리소그래피 및 에칭 동작들이 사용될 수 있음. 복합 그리드 구조물(116)의 각각의 셀(118)이 반도체층(102)의 개별 픽셀들(104)과 정렬되도록 포토리소그래피 및 에칭 동작들이 수행될 수 있음. 일부 실시예들에서, 복합 그리드 구조물(116)의 각각의 셀(118)의 측벽 높이는 약 200nm 내지 약 1000nm 범위일 수 있다.
셀(118)의 바닥층(122)은 티타늄, 텅스텐, 알루미늄, 또는 구리로 제조될 수 있다. 그러나, 셀들(118)의 바닥층(122)은 금속들에 제한되지 않을 수 있고 입사 가시광을 방사선 감지 영역들(104)을 향해 반사시키고 안내할 수 있는 다른 적절한 재료들 또는 재료들의 스택(stack)을 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 실시예들에서, 셀들(118)의 바닥층(122)은 스퍼터링 프로세스, 도금 프로세스, 증발 프로세스, 또는 임의의 다른 적절한 퇴적 방법을 사용하여 형성된다. 본 개시의 일부 실시예들에 따르면, 각각의 셀(118)의 바닥층(122)의 두께는 약 100Å 내지 약 3000Å 범위일 수 있다.
최상단 유전체층(124)은 하나 이상의 유전체층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 최상단 유전체층(124)은 후면 조사형 이미지 센서 디바이스(100)의 미리 형성된 층들[예를 들어, 바닥층(122) 및 캡핑층(114)]을 보호할 수 있다. 최상단 유전체층(124)은 입사광이 통과하여 방사선 감지 영역들(또는 픽셀들)에 도달하도록 할 수 있다. 최상단 유전체층(124)은 투명 재료 또는 재료들로 제조될 수 있다. 본 개시의 일부 실시예들에서, 최상단 유전체층(124)은 SiO2, Si3N4, SiON, 또는 임의의 다른 적절한 투명 유전체 재료로 제조될 수 있다. 최상단 유전체층(124)은 일부 실시예들에 따르면 CVD 또는 ALD에 의해 퇴적될 수 있고, 약 1000Å 내지 약 3000Å 범위의 퇴적된 두께를 가질 수 있다.
셀들(118)은 또한, 셀들(118)의 측벽들[예를 들어, 바닥층(122)과 유전체층(124)]과 컬러 필터(120) 사이에 개재되는 패시베이션층(126)을 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 실시예들에서, 패시베이션층(126)은 CVD 기반 또는 ALD 기반 퇴적 기술에 의해 컨포멀하게(conformally) 퇴적될 수 있다. 패시베이션층(126)은 SiO2, Si3N4, 또는 SiON과 같은 유전체 재료로 형성될 수 있다. 또한, 패시베이션층(126)은 약 375Å 내지 약 625Å 사이의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 컬러 필터들(120)의 최상면은 유전체층(124) 상의 패시베이션층(126)의 최상면과 정렬될 수 있다. 대안적으로, 컬러 필터들(120)은 유전체층(124) 상의 패시베이션층(126)의 최상면 위에 형성될 수 있다. 예시 및 설명 목적들을 위해, 컬러 필터들(120)의 최상면이 유전체층(124) 상의 패시베이션층(126)의 최상면과 정렬된 것으로서 설명될 것이다.
도 1을 참조하면, 복합 그리드 구조물(116)의 셀들(118)이 자신들의 개별 컬러 필터들(120)을 수용한 후, 복합 그리드 구조물(116) 및 컬러 필터들(120) 위에 투명 재료층(128)이 형성될 수 있다. 투명 재료층(128)은, 컬러 필터들(120)의 최상면이 유전체층(124) 위의 패시베이션층(126)의 최상면과 정렬되었으면, 패시베이션층(126)과 접촉할 수 있다. 대안적으로, 투명 재료층(128)은, 컬러 필터들(120)의 최상면이 유전체층(124) 위의 패시베이션층(126)의 최상면 위에 있으면, 패시베이션층(126)과 접촉하지 않을 수 있다. 일부 예시들에서, 투명 재료층(128)은 복합 그리드 구조물(116)의 각각의 셀(118) 위의 마이크로 렌즈(130)를 형성한다. 마이크로 렌즈들(130)은 개별 방사선 감지 영역들(104)과 정렬되고, [예를 들어, 각각의 셀(118)의 측벽들 내에 포함되는] 셀(118)의 경계부들 내에서 컬러 필터들(120)의 최상면을 커버하도록 형성된다. 투명 재료층(128)은 일부 실시예들에 따라 CVD에 의해 퇴적된 산화물일 수 있다.
마이크로 렌즈들(130)은 그들의 곡률(curvature)로 인해, 투명 재료층(128)의 다른 영역들[예를 들어, 유전체층(124) 위의 마이크로 렌즈들(130) 사이의 영역들]보다 두껍다. 예를 들어, 도 1을 참조하면, 투명 재료층(128)은 [예를 들어, 마이크로 렌즈(130)가 형성되는] 컬러 필터(120) 위에서 더 두껍고, [예를 들어, 유전체층(124) 위의] 마이크로 렌즈들(130) 사이의 영역들에서 더 얇다.
도 1을 참조하면, 후면 조사형 이미지 센서 디바이스(100)는 또한 상호연결 구조물(132)을 포함할 수 있다. 상호연결 구조물(132)은, 픽셀들(104)과 다른 컴포넌트들(도 1에는 미도시) 사이의 상호연결부들(예를 들어, 배선)을 형성하는 패터닝된 유전체층들 및 도전성층들을 포함할 수 있다. 상호연결 구조물(132)은, 예를 들어 층간 유전체(interlayer dielectric; ILD)층(136) 내에 임베딩되는 하나 이상의 다중층 상호연결(multilayer interconnect; MLI) 구조물(134)일 수 있다. 본 개시의 일부 실시예들에 따르면, MLI 구조물들(134)은 접촉부들/비아들 및 금속 라인들을 포함할 수 있다. 예시의 목적들을 위해, 다중 도전성 라인들(138) 및 비아들/접촉부들(140)이 도 1에 도시된다. 도전성 라인들(138) 및 비아들/접촉부들(140)의 위치 및 구성은 설계 요구들에 따라 변화할 수 있고 도 1의 도시에 제한되는 것은 아니다. 또한, 상호연결 구조물(132)은 감지 디바이스들(142)을 포함할 수 있다. 감지 디바이스들(142)은, 예를 들어 개별 방사선 감지 영역들(또는 픽셀들)(104)에 전기적으로 연결되고 광으로부터 전하로의 변환 프로세스의 결과로서 이 영역들에서 생성되는 전기 신호를 판독하도록 구성되는 메모리 셀들 및/또는 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor; FET)들의 어레이일 수 있다.
본 개시의 일부 실시예들에서, 상호연결 구조물(132)은, 다중층들의 상호연결부들, 저항기들, 트랜지스터들, 및/또는 다른 반도체 디바이스들을 포함할 수 있는 부분적으로 제조된 집적 회로(integrated circuit; IC)의 또는 완전 제조된 IC의 최상층일 수 있다. 결과적으로, 상호연결 구조물(132)은 FEOL(front end of the line) 및 MOL(middle of the line)층들을 포함할 수 있다. 또한, 그 위에 제조되는 구조물들[예를 들어, 상호연결 구조물(132), 반도체층(102) 등]에 지지를 제공할 수 있는 캐리어 기판(도 1에는 미도시)에 상호연결 구조물(132)이 버퍼층(도 1에는 미도시)을 통해 부착될 수 있다. 캐리어 기판은 예를 들어, 실리콘 웨이퍼, 글래스 기판, 또는 임의의 다른 적절한 재료일 수 있다.
본 개시의 일부 실시예들에서, 후면 조사형 이미지 센서 디바이스(100)를 제조하기 위해, 실리콘 기판(예를 들어, 실리콘 웨이퍼) 상에 반도체층(102)이 형성될 수 있고, 후속하여 반도체층(102)의 전면(106) 위에 상호연결 구조물(132)이 형성될 수 있다. 상호연결 구조물(132)은 완료되기 전에 다중 포토리소그래피, 에칭, 퇴적, 및 평탄화 동작들을 거칠 수 있다. 상호연결 구조물(132)이 형성되면, 위에서 논의된 바와 같이 상호연결 구조물(132)의 최상부에 캐리어 기판이 부착될 수 있다. 예를 들어, 버퍼층이 캐리어 기판과 상호연결 구조물(132) 사이의 접착 매체로서 역할할 수 있다. 실리콘 기판이 반전될 수 있고, 반도체층(102)의 후면(108)이 노출될때까지 실리콘 기판이 기계적으로 그라인딩되고 폴리싱될 수 있다. 후속하여 방사선 감지 영역들 또는 픽셀들(104)을 전기적으로 더 격리하기 위해 반도체층(102)의 후면(108) 상의 STI 구조물들이 형성될 수 있다. 반도체층(102)의 후면(108) 상에 캡핑층(114)이 복합 그리드 구조물(116)과 함께 형성될 수 있다.
복합 그리드 구조물(116)은, 자신의 셀들(118) 각각이 개별 방사선 감지 영역들 또는 픽셀들(104)과 정렬되도록 형성될 수 있다. 복합 그리드 구조물(116)과 방사선 감지 영역들 또는 픽셀들(104)의 정렬은, 예를 들어 반도체층(102)의 후면(108) 상에 존재하는 정렬 마크들에 기반하여 포토리소그래픽 동작들로 달성될 수 있다. 복합 그리드 구조물(116)의 형성은, 셀들(118)을 형성하기 위한 포토리소그래피 및 에칭 동작들을 사용하는 바닥층(122) 및 유전체층(124)의 퇴적 및 후속 패터닝을 포함할 수 있다. 후속하여 바닥층(122) 및 유전체층(124)의 노출된 표면들 위에 패시베이션층(126)이 퇴적된다. 컬러 필터들(120)이 셀들(118)을 충전할 수 있고, 그 위에 투명 재료층(128)이 퇴적되어 마이크로 렌즈들(130)을 형성할 수 있다. 후면 조사형 이미지 센서 디바이스(100)의 제조가 위에서 설명된 동작들에 제한되는 것은 아니며, 추가적인 또는 대안적인 동작들이 수행될 수 있다.
도 3은 하나 이상의 컬러 필터를 후면 조사형 이미지 센서 디바이스의 복합 그리드 구조물 내에 컬러 필터들의 최상면 변형을 최소화하여 배치하기 위한 예시적인 방법(300)의 흐름도이다. 예시 목적들을 위해, 방법(300)은 도 1의 후면 조사형 이미지 센서 디바이스(100)의 맥락으로 설명될 것이다.일부 실시예들에 따르면, 방법(300)은, 셀들(118)의 그룹을 점유하는 컬러 필터가 더 큰 표면 영역을 갖도록 셀들(118)의 선택된 그룹 간의 공통적으로 공유되는 측벽들을 리세싱할 수 있는 에칭 프로세스를 이용한다. 방법(300)이 아래에서 설명되는 동작들에 제한되는 것은 아니다. 다른 제조 동작들이 방법(300)의 다양한 동작들 간에 수행될 수 있고 단지 명료함을 위해 생략된다.
방법(300)은, 복합 그리드 구조물 내의 셀들의 서브세트(예를 들어, 하나 이상의 셀) 내에 하나 이상의 컬러 필터가 배치되는 동작(302)으로 시작한다. 도 4는 도 1의 후면 조사형 이미지 센서 디바이스(100)와 같이 부분적으로 제조된 후면 조사형 이미지 센서 디바이스를 도시한다.복합 그리드 구조물(116)의 셀들 내에 하나 이상의 컬러 필터가 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 컬러 필터들의 선택은 베이킹 프로세스 후의 표면 변형 특성들에 기반한다. 예를 들면, 예를 들어 높은 표면 변형을 보이는(예를 들어, 최상면 축소 퍼센티지가 15보다 큰) 컬러 필터들과는 대조적인, 낮은 표면 변형을 보이는(예를 들어, 최상면 축소 퍼센티지가 15보다 작은) 컬러 필터들이 동작(302)을 위한 후보가 될 수 있다. 일부 실시예들에서, 동작(302)을 위한 후보 컬러 필터들은 예를 들어 레드 및 블루 컬러 필터들이다.
도 4에 도시된 복합 그리드 구조물(116)의 상면도인 도 5를 참조하면, 레드 컬러 필터들(120R) 및 블루 컬러 필터(120B)가 하나 이상의 셀(118) 내에 배치된다. 비제한적인 예시로서, 복합 그리드 구조물(116)의 셀들(118) 내의 컬러 필터(예를 들어, 블루, 레드, 또는 그린)의 선택적 위치는, 상이한 컬러 필터를 수용하는 복합 그리드 구조물(116)의 영역들[예를 들어, 셀들(118)]을 선택적으로 커버함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 레드 컬러 필터(120R)가 복합 그리드 구조물(116)의 셀들(118) 내에 도입될 제 1 컬러 필터이면, 상이한 컬러 필터(예를 들어, 블루 또는 그린)를 수용할 셀들(118)을 패터닝된 포토레지스트 또는 마스크층이 마스킹하도록 포토레지스트 또는 마스크층(도 5에는 미도시)이 복합 그리드 구조물(116) 상에 배치되고 패터닝될 수 있다. 후속하여, 복합 그리드 구조물(116)의 노출된 셀들(118)이 원하는 설계에 따라 레드 컬러 필터(120R)로 충전될 수 있다. 복합 그리드 구조물(116)의 하나 이상의 미리결정된 셀(118) 내에 블루 컬러 필터(120B)를 도입하기 위해 동일한 프로세스가 반복될 수 있다. 일부 실시예들에서, 레드 컬러 필터들(120R) 및 블루 컬러 필터들(120B)이 도 6 내의 영역(600)으로서 도시된 유전체층(124) 위의 패시베이션층(126)의 부분들을 커버한다. 레드 및 블루 컬러 필터들이 자신의 개별 셀들(118) 내에 배치된 후, 복합 그리드 구조물(116)로부터 포토레지스트 또는 마스크층이 제거될 수 있다.
동작(302)의 결과로서, [예를 들어, 복합 그리드 구조물(116) 내의] 선택된 개수의 셀들(118)이 점유되지 않은 채로(예를 들어, 컬러 필터 없이) 남아있다. 일부 실시예들에서, 점유되지 않은 셀들(118)이 함께 클러스터링되어 2개의, 4개의, 6개의, 또는 임의의 짝수의 셀들(118)을 포함하는 셀들의 그룹들을 형성한다. 위의 설명에 기반하여, 도 5는 복합 그리드 구조물(116) 내의 점유되지 않은 셀들(118)의 예시적인 그룹(500)을 도시한다. 그룹(500)은, 복합 그리드 구조물(116) 내에 레드 및 블루 컬러 필터들(120R 및 120B)이 배치된 후 함께 클러스터링된 4개의 점유되지 않은 셀들(118)을 포함한다. 위에서 논의된 바와 같이, 레드 컬러 필터들(120R) 및 블루 컬러 필터들(120B)은, 이들이 자신의 개별 셀들(118)의 패시베이션층(126)을 커버하도록 복합 그리드 구조물(116) 내에 배치되었다. 그러나, 패비베이션층(126)은 셀들(118)의 그룹(500)에 대해서는 노출된 채로 남아있는데, 이는 이 셀들이 포토레지스트 또는 마스킹층에 의해 이전에 커버되었기 때문이다.
또한, 그룹(500)의 각각의 셀(118)은 적어도 2개의 측벽들을 그룹 내의 2개의 다른 셀들과 공유한다. 예를 들어, 도 5에서 그룹(500) 내의 셀들은 측벽들(a, b, c, 및 d)을 공유한다. 예시 목적들을 위해, 도 5는 그룹(500) 내에 함께 클러스터링된 4개의 점유되지 않은 셀들(118)을 도시한다. 그러나, 이는 제한적이지 않으며, 그룹(500)은 더 적은 또는 추가 셀들을 포함할 수 있다. 또한, 복합 그리드 구조물(116)에 걸쳐 그룹(500)과 같은 셀들의 추가 그룹들이 가능하다. 일부 실시예들에서, 동작(302) 후의 셀들의 점유되지 않은 그룹들의 사이즈 및/또는 개수는 이미지 센서 디바이스의 설계 및/또는 사양들에 따를 수 있다. 라인(A-B)을 따른 도 5의 단면인 도 6은 그룹(500)의 2개의 인접한 비어 있는 셀들(118) 간의 노출된 공통 측벽(d)을 도시한다.
도 3을 참조하면, 방법(300)은, (도 5에 도시된) 그룹(500) 내의 셀들(118)의 공통 측벽들(a, b, c, 및 d)을 리세싱하기 위해 에칭 프로세스가 사용되는 동작(304)으로 이어진다. 일부 실시예들에서, 그리고 도 5 및 도 6을 참조하면, 에칭 프로세스에 노출되는 이미지 센서의 영역들은, 컬러 필터들(120R 및 120B)의 최상면들, 및 그룹(500) 내의 점유되지 않은 셀들(118)의 공통 측벽들(a, b, c, 및 d)을 포함한다.
동작(304)에서, 복합 그리드 구조물(116) 내의 기저(underlying) 셀들(118)의 측벽들이 리세싱되지 않도록 컬러 필터들(120R 및 120B)이 마스킹층들로서 사용된다. 다른 한편으로, 동작(304)의 에칭 프로세스를 거치는 (예를 들어, 컬러 필터에 의해 점유되지 않은) 셀들(118)의 임의의 노출된 측벽이 리세싱될 것이다. 예를 들어, 도 7은 인접한 셀들(118) 간의 공통 측벽(d)이 리세싱된, 동작(304)의 에칭 프로세스 후의 도 6의 부분적으로 제조된 구조물을 도시한다. 측벽(d)의 리세싱된 높이(H2)는 측벽(d)의 원래 높이(H1)보다 짧다. 일부 실시예들에서, 동작(304)의 에칭 프로세스는 높이 비율(H2/H1)이 0.9보다 작도록 시간이 정해진다. 예를 들어, 노출된 측벽이 동작(304)의 시간이 정해진 에칭 프로세스를 거치면, 노출된 측벽의 높이가 적어도 10%만큼 감소될 것이다. 10% 또는 그 이상의 높이 감소는, 셀들(118)이 충전될 때, 리세싱된 측벽들이 컬러 필터 아래에 잠기는 것을 보장한다. 위에서 논의된 바와 같이, 그리고 도 5를 참조하면, 그룹(500) 내의 셀들(118)의 공통 측벽들(a, b, 및 c)이 동작(304)의 에칭 프로세스 동안 유사하게 리세싱될 수 있다. 예를 들어, 도 8은 리세싱된 공통 측벽들(a, b, c, 및 d)을 도시한다.
일부 실시예들에서, 동작(304)의 에칭 프로세스는 패시베이션층(126)의 노출된 부분들을 부분적으로 제거할 수 있고; 예를 들어, 그리고 도 7을 참조하면, 패시베이션층(126)의 노출된 부분들은 셀(118)의 바닥면들 및 측벽(d)의 최상단 및 측면들을 포함한다. 비제한적인 예시로서, 방법(300)의 다음 동작[예를 들어, 동작(306)] 전에 패시베이션층(126)의 임의의 에칭된 부분들을 복구하기 위해 이용가능한 셀들(118) 내로의 패시베이션층(126)의 새로운 퇴적이 수행될 수 있다.
도 3을 참조하면, 방법(300)은, 복합 그리드 구조물(116)의 점유되지 않은 셀들(118) 내에 제 3 컬러 필터가 배치되는 동작(306)으로 이어진다. 위에서 논의된 바와 같이, 제 3 컬러 필터는 그린 컬러 필터일 수 있는데, 이는 그린 컬러 필터가 베이킹 동안 가장 높은 레벨의 표면 변형을 보이기 때문이다. 일부 실시예들에서, (도 8에 도시된) 리세싱된 공통 측벽들(a, b, c, 및 d)로 인해, 그린 컬러 필터(120G)가 복합 그리드 구조물(116) 내의 그룹(500)의 하나보다 많은 점유되지 않은 셀들(118)로 확장되는 것이 허용되어, 그린 컬러 필터(120G)의 최상면이 리세싱된 높이(H2) 위에 있게 된다. 환언하면, 리세싱된 측벽들(a, b, c, 및 d)은 그린 컬러 필터(120G)가 그룹(500)의 모든 셀들로 확장되어 확장된 공통 표면 영역을 갖는 단일 그린 컬러 필터(120G)를 형성하도록 한다. 또한, 0.9보다 작은 높이 비율(H2/H1)은, 이전에 논의된 바와 같이, 리세싱된 측벽들이 그린 컬러 필터(120G) 아래에 잠기는 것을 보장한다. 예를 들어, 동작(306) 후의 복합 그리드 구조물(116)의 상면도인 도 9에서, 그린 컬러 필터(120G)는 복합 그리드 구조물(116) 내에 그룹(500)의 모든 셀들(118)에 걸쳐 배치된다. 이는, 그린 컬러 필터(120G)가 레드 및 블루 컬러 필터들(예를 들어, 120R 및 120B)과 대조적으로, 복합 그리드 구조물(116) 상의 더 큰 표면 영역을 점유할 수 있다는 것을 의미한다. 라인(C-D)을 따른 도 9의 단면인 도 10에서, 그린 컬러 필터(120G)의 최상면(900)은 일부 실시예들에 따라 높이(H1) 아래에 있고 높이(H2) 위에 있다.
일부 실시예들에서, 컬러 필터를 경화시키기 위해 베이크가 수행된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 레드 및 블루 컬러 필터들을 갖는 셀들의 패시베이션층(126)이 유전체층(124)의 영역들 위에서 노출되도록, 후속 에칭 프로세스가 컬러 필터들(예를 들어, 120R, 120G, 및 120B)의 최상면들을 리세싱한다. 도 11에 따르면, 그린 컬러 필터(120G)의 최상면은 레드 및 블루 컬러 필터(120R 및 120B)의 최상면들 아래에 있다. 도 12는 이전에 언급된 에칭 프로세스 후의 복합 그리드 구조물(116)의 상면도이다.
일부 실시예들에서, 방법(300)이 그린 컬러 필터들에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 베이크 프로세스 후 컬러 필터의 표면의 축소량 및 특성들 및 이미지 센서 설계에 따라 임의의 컬러 필터에 대해 더 큰 표면 영역을 제공하도록, 복합 그리드 구조물의 임의의 섹션의 임의의 개수의 셀들(예를 들어, 짝수의 셀들)의 측벽들이 리세싱될 수 있다.
본 개시에 따른 다양한 실시예들은 베이킹 프로세스 후의 컬러 필터의 표면 변형을 감소시키기 위한 방법을 제공한다. 표면 변형은, 복합 그리드 구조물의 선택된 섹션들의 측벽들을, 이 섹션들을 점유하는 컬러 필터가, 리세싱된 측벽들을 갖는 셀들 내로 확장되어 컬러 필터의 표면 영역을 확장시킬 수 있도록 리세싱함으로써 감소될 수 있다. 제안되는 방법이 복합 그리드 구조물의 특정 영역 또는 단일 컬러 필터에 제한되는 것은 아니다. 포토리소그래피 및 에칭 동작들을 사용하여 복합 그리드 구조물의 선택된 영역들 내에 리세싱이 수행된다. 예를 들어, 포토리소그래피 및 에칭 동작들은 복합 그리드 구조물의 섹션들을 격리시키고, 복합 그리드 구조물의 선택된 영역 내의 인접한 셀들의 공통 측벽들을 에칭할 수 있다.
일부 실시예들에서, 이미지 센서 디바이스는, 반도체층 위의 하나 이상의 컬러 필터를 수용하도록 구성되는 그리드 구조물을 포함하고, 그리드 구조물은 제 1 측벽 및 공통 측벽을 갖는 제 1 셀, 및 제 2 측벽 및 공통 측벽 - 공통 측벽은 제 1 측벽 및 제 2 측벽보다 짧음 - 을 갖는 제 2 셀을 포함한다. 이미지 센서 디바이스는 제 1 셀 및 제 2 셀 내에 배치되는 컬러 필터를 더 포함하고, 컬러 필터의 최상면은 공통 측벽 위에 있고 제 1 측벽 및 제 2 측벽 아래에 있다.
일부 실시예들에서, 이미지 센서 시스템은, 상호연결층 위에 형성되고 광을 전하로 변환하도록 구성되는 하나 이상의 방사선 감지 영역을 갖는 반도체층; 및 반도체층 위에 형성되고 하나 이상의 컬러 필터를 수용하도록 구성되는 그리드 구조물을 포함하고, 그리드 구조물은 제 1 측벽 및 공통 측벽을 갖는 제 1 셀, 및 제 2 측벽 및 공통 측벽 - 공통 측벽은 제 1 측벽 및 제 2 측벽보다 짧음 - 을 갖는 제 2 셀을 포함한다. 이미지 센서 시스템은, 제 1 셀 및 제 2 셀 내에 배치되는 컬러 필터로서, 컬러 필터의 최상면은 공통 측벽 위에 있고 제 1 측벽 및 제 2 측벽 아래에 있는 것인, 컬러 필터; 및 제 1 셀 및 제 2 셀 각각 위의 마이크로 렌즈를 더 포함한다.
일부 실시예들에서, 방법은, 이미지 센서 디바이스의 반도체층 위에 그리드 구조물을 형성하는 단계로서, 그리드 구조물은 공통 측벽을 갖는 하나 이상의 셀을 갖는 제 1 영역을 포함하는 것인, 그리드 구조물을 형성하는 단계; 그리드 구조물의 제 2 영역 내에 하나 이상의 컬러 필터를 배치하는 단계; 그리드 구조물의 제 1 영역 내의 공통 측벽을 리세싱하여 리세싱된 공통 측벽을 갖는 셀들의 그룹을 형성하는, 공통 측벽을 리세싱하는 단계; 및 셀들의 그룹 내에 다른 컬러 필터를 배치하는 단계를 포함한다.
요약이 아닌 상세한 설명 섹션이 청구범위를 해석하기 위해 사용되도록 의도된다는 점이 이해되어야 한다. 요약은 예시적인 실시예들 모두가 아닌 하나 이상을 제시할 수 있고, 따라서 첨부된 청구범위를 제한하도록 의도되는 것은 아니다.
상술한 것은 당업자가 본 개시의 양태들을 더 잘 이해할 수 있도록 몇몇 실시예들의 특징들의 개요를 서술한 것이다. 당업자는, 본원에 소개되는 실시예와 동일한 목적을 실행하거나 및/또는 동일한 장점을 달성하도록, 다른 프로세스 및 구조를 설계하거나 또는 변경하기 위한 기반으로서, 그들이 본 개시를 쉽게 사용할 수 있다는 것을 인식할 것이다. 당업자는, 그러한 균등한 구성들이 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않는다는 점과, 첨부된 청구범위의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 본원의 다양한 변경, 대체, 및 개조를 행할 수 있다는 점을 또한 자각할 것이다.
실시예들
실시예 1. 이미지 센서 디바이스에 있어서,
반도체층 위의 하나 이상의 컬러 필터를 수용하도록 구성되는 그리드 구조물로서,
제 1 측벽 및 공통 측벽을 갖는 제 1 셀; 및
제 2 측벽, 및 상기 제 1 측벽 및 상기 제 2 측벽보다 짧은 상기 공통 측벽을 갖는 제 2 셀을 포함하는, 상기 그리드 구조물; 및
상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 내에 배치되는 컬러 필터로서, 상기 컬러 필터의 최상면은 상기 공통 측벽 위에 있고 상기 제 1 측벽 및 상기 제 2 측벽 아래에 있는 것인, 상기 컬러 필터를 포함하는, 이미지 센서 디바이스.
실시예 2. 실시예 1에 있어서, 상기 반도체층은, 상기 그리드 구조물로부터 상기 반도체층에 진입하는 방사선을 감지하도록 구성되는 하나 이상의 감지 영역을 포함하는 것인, 이미지 센서 디바이스.
실시예 3. 실시예 1에 있어서, 상기 공통 측벽은, 상기 제 1 측벽 및 상기 제 1 측벽보다 적어도 10%만큼 짧은 것인, 이미지 센서 디바이스.
실시예 4. 실시예 1에 있어서,
상기 그리드 구조물 위의 투명 재료로서, 상기 투명 재료는 상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 것인, 상기 투명 재료를 더 포함하는, 이미지 센서 디바이스.
실시예 5. 실시예 1에 있어서, 상기 컬러 필터는, 그린 컬러 필터를 포함하는 것인, 이미지 센서 디바이스.
실시예 6. 실시예 1에 있어서, 상기 제 1 측벽, 상기 공통 측벽, 및 상기 제 2 측벽 각각은 바닥층 및 최상단 유전체층을 포함하고, 상기 공통 측벽은 상기 제 1 측벽 및 상기 제 2 측벽보다 적어도 10%만큼 짧은 것인, 이미지 센서 디바이스.
실시예 7. 실시예 1에 있어서,
제 3 셀 내의 다른 컬러 필터로서, 상기 다른 컬러 필터는 상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 내의 상기 컬러 필터와 상이하고, 상기 다른 컬러 필터의 최상면 영역은 상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 내에 배치된 상기 컬러 필터의 최상면 영역보다 작은 것인, 상기 다른 컬러 필터를 더 포함하는, 이미지 센서 디바이스.
실시예 8. 이미지 센서 시스템에 있어서,
상호연결층 위에 형성되고 광을 전하로 변환하도록 구성되는 하나 이상의 방사선 감지 영역을 갖는 반도체층;
상기 반도체층 위에 형성되고 하나 이상의 컬러 필터를 수용하도록 구성되는 그리드 구조물로서,
제 1 측벽 및 공통 측벽을 갖는 제 1 셀; 및
제 2 측벽, 및 상기 제 1 측벽 및 상기 제 2 측벽보다 짧은 상기 공통 측벽을 갖는 제 2 셀을 포함하는, 상기 그리드 구조물;
상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 내에 배치되는 컬러 필터로서, 상기 컬러 필터의 최상면은 상기 공통 측벽 위에 있고 상기 제 1 측벽 및 상기 제 2 측벽 아래에 있는 것인, 상기 컬러 필터; 및
상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 각각 위의 마이크로 렌즈를 포함하는, 이미지 센서 시스템.
실시예 9. 실시예 8에 있어서, 상기 공통 측벽의 높이는, 상기 제 1 측벽 및 상기 제 2 측벽의 높이의 90%보다 작은 것인, 이미지 센서 시스템.
실시예 10. 실시예 8에 있어서, 상기 상호연결층은, BEOL(back-end of the line)층, MOL(middle of the line)층, FEOL(front-end of the line)층, 또는 이들의 조합을 포함하는 것인, 이미지 센서 시스템.
실시예 11. 실시예 8에 있어서, 상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 각각은, 상기 반도체층의 하나 이상의 방사선 감지 영역 중 개별 방사선 감지 영역과 정렬되는 것인, 이미지 센서 시스템.
실시예 12. 실시예 8에 있어서, 상기 그리드 구조물은, 상기 반도체층의 하나 이상의 방사선 감지 영역으로 광을 안내하도록 구성되는 것인, 이미지 센서 시스템.
실시예 13. 방법에 있어서,
이미지 센서 디바이스의 반도체층 위에 그리드 구조물을 형성하는 단계로서, 상기 그리드 구조물은 공통 측벽을 갖는 하나 이상의 셀을 갖는 제 1 영역을 포함하는 것인, 상기 그리드 구조물을 형성하는 단계;
상기 그리드 구조물의 제 2 영역 내에 하나 이상의 컬러 필터를 배치하는 단계;
상기 그리드 구조물의 제 1 영역 내의 상기 공통 측벽을 리세싱하여 상기 리세싱된 공통 측벽을 갖는 셀들의 그룹을 형성하는, 상기 공통 측벽을 리세싱하는 단계; 및
상기 셀들의 그룹 내에 다른 컬러 필터를 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 14. 실시예 13에 있어서, 상기 공통 측벽을 리세싱하는 단계는, 상기 공통 측벽을 적어도 10%만큼 리세싱하는 건식 에칭 프로세스를 포함하는 것인, 방법.
실시예 15. 실시예 13에 있어서, 상기 공통 측벽을 리세싱하는 단계는, 상기 공통 측벽의 높이를 적어도 10%만큼 감소시키는 것인, 방법.
실시예 16. 실시예 13에 있어서, 상기 하나 이상의 컬러 필터를 배치하는 단계는, 상기 그리드 구조물의 제 1 영역을 마스킹하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
실시예 17. 실시예 13에 있어서, 상기 다른 컬러 필터는, 그린 컬러 필터를 포함하는 것인, 방법.
실시예 18. 실시예 13에 있어서, 상기 하나 이상의 컬러 필터는, 레드 컬러 필터 또는 블루 컬러 필터를 포함하는 것인, 방법.
실시예 19. 실시예 13에 있어서, 상기 그리드 구조물은, 상기 제 1 영역 내의 공통 측벽을 리세싱할 때 부분적으로 에칭되는 최상단 패시베이션층을 포함하는 것인, 방법.
실시예 20. 실시예 13에 있어서, 상기 다른 컬러 필터를 경화시키기 위해 베이크(bake)를 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
Claims (10)
- 이미지 센서 디바이스에 있어서,
반도체층 위의 하나 이상의 컬러 필터를 수용하도록 구성되는 그리드 구조물로서,
제 1 측벽 및 공통 측벽을 갖는 제 1 셀; 및
제 2 측벽, 및 상기 제 1 측벽 및 상기 제 2 측벽보다 짧은 상기 공통 측벽을 갖는 제 2 셀을 포함하는, 상기 그리드 구조물; 및
상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 내에 배치되는 컬러 필터로서, 상기 컬러 필터의 최상면은 상기 공통 측벽 위에 있고 상기 제 1 측벽 및 상기 제 2 측벽 아래에 있는 것인, 상기 컬러 필터를 포함하는, 이미지 센서 디바이스. - 제 1 항에 있어서, 상기 반도체층은, 상기 그리드 구조물로부터 상기 반도체층에 진입하는 방사선을 감지하도록 구성되는 하나 이상의 감지 영역을 포함하는 것인, 이미지 센서 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 그리드 구조물 위의 투명 재료로서, 상기 투명 재료는 상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 위에 마이크로 렌즈를 형성하는 것인, 상기 투명 재료를 더 포함하는, 이미지 센서 디바이스. - 제 1 항에 있어서, 상기 컬러 필터는, 그린 컬러 필터를 포함하는 것인, 이미지 센서 디바이스.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 측벽, 상기 공통 측벽, 및 상기 제 2 측벽 각각은 바닥층 및 최상단 유전체층을 포함하고, 상기 공통 측벽은 상기 제 1 측벽 및 상기 제 2 측벽보다 적어도 10%만큼 짧은 것인, 이미지 센서 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
제 3 셀 내의 다른 컬러 필터로서, 상기 다른 컬러 필터는 상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 내의 상기 컬러 필터와 상이하고, 상기 다른 컬러 필터의 최상면 영역은 상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 내에 배치된 상기 컬러 필터의 최상면 영역보다 작은 것인, 상기 다른 컬러 필터를 더 포함하는, 이미지 센서 디바이스. - 이미지 센서 시스템에 있어서,
상호연결층 위에 형성되고 광을 전하로 변환하도록 구성되는 하나 이상의 방사선 감지 영역을 갖는 반도체층;
상기 반도체층 위에 형성되고 하나 이상의 컬러 필터를 수용하도록 구성되는 그리드 구조물로서,
제 1 측벽 및 공통 측벽을 갖는 제 1 셀; 및
제 2 측벽, 및 상기 제 1 측벽 및 상기 제 2 측벽보다 짧은 상기 공통 측벽을 갖는 제 2 셀을 포함하는, 상기 그리드 구조물;
상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 내에 배치되는 컬러 필터로서, 상기 컬러 필터의 최상면은 상기 공통 측벽 위에 있고 상기 제 1 측벽 및 상기 제 2 측벽 아래에 있는 것인, 상기 컬러 필터; 및
상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 각각 위의 마이크로 렌즈를 포함하는, 이미지 센서 시스템. - 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 셀 및 상기 제 2 셀 각각은, 상기 반도체층의 하나 이상의 방사선 감지 영역 중 개별 방사선 감지 영역과 정렬되는 것인, 이미지 센서 시스템.
- 제 7 항에 있어서, 상기 그리드 구조물은, 상기 반도체층의 하나 이상의 방사선 감지 영역으로 광을 안내하도록 구성되는 것인, 이미지 센서 시스템.
- 방법에 있어서,
이미지 센서 디바이스의 반도체층 위에 그리드 구조물을 형성하는 단계로서, 상기 그리드 구조물은 공통 측벽을 갖는 하나 이상의 셀을 갖는 제 1 영역을 포함하는 것인, 상기 그리드 구조물을 형성하는 단계;
상기 그리드 구조물의 제 2 영역 내에 하나 이상의 컬러 필터를 배치하는 단계;
상기 그리드 구조물의 제 1 영역 내의 상기 공통 측벽을 리세싱하여 상기 리세싱된 공통 측벽을 갖는 셀들의 그룹을 형성하는, 상기 공통 측벽을 리세싱하는 단계; 및
상기 셀들의 그룹 내에 다른 컬러 필터를 배치하는 단계를 포함하는, 방법.
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