KR20190055746A - 이미지 센서 디바이스를 위한 편광자 - Google Patents

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Abstract

본 개시는 배면 조명 이미지 센서 디바이스의 그리드 구조물의 일부로서 편광 격자 구조물(예컨대, 편광자)을 형성하는 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 방법은, 방사선 감지 영역을 갖는 반도체 층 위에 층 스택을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은, 그리드 구조물 내에 하나 이상의 편광 격자 구조물의 격자 요소를 형성하는 단계를 포함하며, 격자 요소를 형성하는 단계는, i) 그리드 구조물을 형성하도록 층 스택을 에칭하는 단계 및 (ii) 편광 각도로 배향된 격자 요소를 형성하도록 층 스택을 에칭하는 단계를 포함한다.

Description

이미지 센서 디바이스를 위한 편광자{POLARIZERS FOR IMAGE SENSOR DEVICES}
관련 출원에 대한 상호참조
본 출원은 2017년 11월 15일 출원된 발명의 명칭이 “Polarizers for Image Sensor Devices”인 미국 가특허 출원 번호 제62/586,277호의 우선권을 주장하며, 이는 그 전체가 참조에 의해 여기에 포함된다.
반도체 이미지 센서는 광과 같은 방사선(radiation)을 감지하는 데에 사용된다. CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서(CIS; CMOS image sensor) 및 CCD(charge-coupled device) 센서는 디지털 스틸 카메라 또는 이동 전화 카메라 애플리케이션과 같은 다양한 애플리케이션에 사용된다. 이들 디바이스는 기판을 향해 투사되는 방사선을 흡수(예컨대, 감지)하고 감지된 방사선을 전기 신호로 변환하도록 기판에서의 픽셀 어레이(포토다이오드, 트랜지스터, 및 다른 컴포넌트를 포함할 수 있음)를 이용한다. 배면(back side) 조명 이미지 센서 디바이스는 배면으로부터의 광을 검출할 수 있는 이미지 센서 디바이스의 한 유형이다.
본 개시는 배면 조명 이미지 센서 디바이스의 그리드 구조물(grid structure)의 일부로서 편광 격자 구조물(polarization grating structure)(예컨대, 편광자)을 형성하는 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 방법은, 방사선 감지 영역을 갖는 반도체 층 위에 층 스택을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은, 그리드 구조물 내에 하나 이상의 편광 격자 구조물의 격자 요소(grating element)를 형성하는 단계를 포함하며, 격자 요소를 형성하는 단계는, i) 그리드 구조물을 형성하도록 층 스택을 에칭하는 단계 및 (ii) 편광 각도로 배향된 격자 요소를 형성하도록 층 스택을 에칭하는 단계를 포함한다.
본 개시의 양상은 다음의 상세한 설명으로부터 첨부 도면과 함께 볼 때 가장 잘 이해된다. 산업계에서의 일반 실시에 따라 다양한 특징부들이 실축척대로 도시되지 않은 것을 유의하여야 한다. 사실상, 다양한 특징부들의 치수는 예시 및 설명을 명확하게 하기 위해 임의로 증가되거나 감소되었을 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따른 배면 조명 이미지 센서 디바이스의 단면도이다.
도 2는 일부 실시예에 따라 컬러 필터를 갖는 복합 그리드 구조물의 평면도이다.
도 3은 일부 실시예에 따라 배면 조명 이미지 센서 디바이스의 복합 그리드 구조물에서의 편광 격자 구조물을 형성하는 방법의 흐름도이다.
도 4 내지 도 6은 일부 실시예에 따라 편광 격자 구조물의 형성 동안 부분 제조된 배면 조명 이미지 센서 디바이스의 단면도들이다.
도 7a 내지 도 7d는 일부 실시예에 따라 상이한 편광 각도로 배향된 격자 요소들을 갖는 편광 격자 구조물의 평면도들이다.
도 8은 일부 실시예에 따라 패시베이션 층의 퇴적 후에 부분 제조된 배면 조명 이미지 센서 디바이스의 단면도이다.
도 9는 일부 실시예에 따라 편광 격자 구조물을 갖는 배면 조명 이미지 센서 디바이스의 단면도이다.
도 10 및 도 11은 일부 실시예에 따라 상이한 배열로 편광 격자 구조물을 갖는 복합 그리드 구조물의 평면도들이다.
다음의 개시는 제공되는 주제의 상이한 특징들을 구현하기 위한 많은 다양한 실시예 또는 예를 제공한다. 컴포넌트 및 구성의 구체적 예가 본 개시를 단순화하도록 아래에 기재된다. 이들은 물론 단지 예일 뿐이며 한정하고자 하는 것이 아니다. 예를 들어, 이어지는 다음 기재에 있어서 제2 특징부 위에 제1 특징부를 형성하는 것은, 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있고, 제1 및 제2 특징부가 직접 접촉하지 않도록 제1 특징부와 제2 특징부 사이에 추가의 특징부가 배치되는 실시예도 또한 포함할 수 있다.
또한, “밑에”, “아래에”, “하부”, “위에”, “상부” 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 예시된 바와 같이 하나의 구성요소 또는 특징부의 또다른 구성요소(들) 또는 특징부(들)에 대한 관계를 기재하고자 설명을 쉽게 하기 위해 여기에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 더하여 사용중이거나 동작중인 디바이스의 상이한 배향들을 망라하도록 의도된다. 장치는 달리 배향될 수 있고(90도 회전되거나 또는 다른 배향으로), 여기에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술자는 마찬가지로 그에 따라 해석될 수 있다.
여기에서 사용되는 용어 “공칭(nominal)”은, 원하는 값 이상 및/또는 이하의 값 범위와 함께, 제품의 설계 단계 또는 프로세스 동안 설정되는, 컴포넌트 또는 프로세스 동작에 대한 특성 또는 파라미터의 원하는 값 또는 타겟 값을 지칭한다. 값 범위는 제조 프로세스에 있어서의 약간의 변동 또는 허용오차로 인한 것일 수 있다.
여기에서 사용되는 용어 “실질적으로(substantially)”는, 주어진 양의 값이 값의 ±5%만큼 다른 것을 나타낸다.
여기에서 사용되는 용어 “약(about)”은, 대상 반도체 디바이스와 연관된 특정 기술 노드에 기초하여 주어진 양의 값이 다를 수 있음을 나타낸다. 특정 기술 노드에 기초하여, 용어 “약”은, 예를 들어 값의 10-30% 내에서 다른, 주어진 양의 값을 나타낼 수 있다(예컨대, 값의 ±10%, ±20%, 또는 ±30%).
반도체 이미지 센서 디바이스는 광(예컨대, 가시광)과 같은 전자기 방사선을 감지하는 데에 사용된다. CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 이미지 센서(CIS; CMOS image sensor) 및 CCD(charge-coupled device) 센서거 디지털 스틸 카메라 또는 이동 전화 카메라 애플리케이션과 같은 다양한 애플리케이션에 사용될 수 있다. 이들 디바이스는 기판을 향해 투사되는 방사선을 흡수(예컨대, 감지)하도록 기판에서의 픽셀 어레이(포토다이오드, 트랜지스터, 및 다른 컴포넌트를 포함할 수 있음)를 이용한다. 흡수된 방사선은 (픽셀 내의)포토다이오드에 의해 전하나 전류와 같은 전기 신호로 변환될 수 있으며, 이는 이미지 센서 디바이스의 다른 모듈에 의해 더 분석 및/또는 처리될 수 있다.
이미지 센서 디바이스의 하나의 유형으로는 배면 조명 이미지 센서 디바이스가 있다. 배면 조명 이미지 센서 디바이스에서는, 컬러 필터 및 마이크로렌즈가 기판의 배면 상에 위치되며(예컨대, 기판의 회로와 반대면 상에), 그리하여 이미지 센서 디바이스는 최소한의 장애물로 또는 아예 장애물 없이 광을 수집할 수 있다. 그 결과, 배면 조명 이미지 센서 디바이스는 기판의 정면(front side)으로부터가 아니라 기판의 배면으로부터의 광을 검출하도록 구성되는데, 이미지 센서 디바이스의 컬러 필터 및 마이크로렌즈가 기판의 회로부와 포토다이오드 사이에 위치되어 있다. 정면 조명 이미지 센서 디바이스와 비교하여, 배면 조명 이미지 센서 디바이스는 낮은 광 조건 하의 개선된 성능 및 보다 높은 양자 효율(QE; quantum efficiency)(예컨대, 광자 대 전자 변환 비율)을 갖는다.
이미지 센서 디바이스는 입사 광선으로부터 컬러 정보를 포착하도록 컬러 필터를 사용한다. 예를 들어, 이미지 센서 디바이스는 컬러 필터의 사용을 통해 가시광선 스펙트럼의 적색, 녹색, 및 청색(FGB) 영역을 검출할 수 있다. 컬러 필터 재료로 채워질 수 있는 복합 그리드 구조물(composite grid structure)이, 이미지 센서 디바이스의 포토다이오드 위에 컬러 필터 재료를 위치시키도록 사용될 수 있다. 복합 그리드 구조물은 부분적으로 산화물 또는 가시광에 투명한 또다른 유전체 재료로 제조될 수 있다.
또한, 이미지 센서는 입사 광으로부터 편광 정보를 수집하기 위하여 외부 편광자도 또한 구비할 수 있다. 편광 정보는 사진 및 촬영(filming)과 같은 애플리케이션에 사용될 수 있다. 그러나, 편광자가 복합 그리드 구조물에 통합된 것이 아니라 외부에 있기에, 편광자와 이미지 센서 간의 거리는, 예컨대 배면 조명 이미지 센서 디바이스의 크기에 비해, 상당할 수 있다. 이 구성은 최종 제품의 크기에 영향을 미칠 수 있고 크기 축소 노력을 제한할 수 있다. 또한, 상이한 편광 조건에 대한 정보를 얻기 위하여, 외부 편광자는 회전하거나 스핀할 수 있으며, 이는 편광 데이터 획득 시간에 영향을 미칠 수 있다.
본 개시에 따른 다양한 실시예는, 배면 조명 이미지 센서 디바이스의 복합 그리드 구조물에 하나 이상의 편광자를 통합시키기 위한 방법을 제공한다. 일부 실시예에서, 복합 그리드 구조물의 하나 이상의 컬러 필터를 복합 그리드 구조물 내의 편광 격자 구조물(그리드 편광자)로 교체함으로써 편광자가 복합 그리드 구조물로 통합된다. 일부 예에서, 편광 격자 구조물은 다음 편광 강도를 따라 입사 광에 대한 편광 정보를 제공할 수 있다: 0°, 45°, 90°, 및/또는 135°. 그러나, 이들 방향은 한정하는 것이 아니며, 다른 편광 각도가 가능하다. 일부 실시예에 따르면, 편광 격자 구조물의 요소들(격자 요소들) 사이의 피치는 약 100 나노미터(nm) 내지 약 500 nm(예컨대, 100nm 내지 500nm) 범위일 수 있고, 각각의 격자 요소의 폭은 약 20 nm 내지 약 300 nm(예컨대, 20 nm 내지 300 nm) 범위일 수 있다. 전술한 범위는 입사 광의 파장에 기초하여 최적화된다. 일부 실시예에서, 편광 격자 구조물의 격자 요소는 복합 그리드 구조물과 동일한 재료를 포함한다. 일부 실시예에서, 편광 격자 구조물의 격자 요소는 복합 그리드 구조물과 상이한 재료를 포함한다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예에 따른 배면 조명 이미지 센서 디바이스(100)의 단순화된 단면도이다. 배면 조명 이미지 센서 디바이스(100)는 방사선 감지 영역(104)을 갖는 반도체 층(102)을 포함한다. 반도체 층(102)은 붕소와 같은 p-타입 도펀트로 도핑된 실리콘 재료를 포함할 수 있다. 대안으로서, 반도체 층(102)은 인 또는 비소와 같은 n-타입 도펀트로 도핑된 실리콘을 포함할 수 있다. 반도체 층(102)은 또한 게르마늄 또는 다이아몬드와 같은 다른 원소 반도체를 포함할 수 있다. 반도체 층(102)은 선택적으로 화합물 반도체 및/또는 합금 반도체를 포함할 수 있다. 또한, 반도체 층(102)은 성능 향상을 위해 변형될(strained) 수 있는 에피텍셜 층을 포함할 수 있다. 반도체 층(102)은 SOI(silicon-on-insulator) 구조를 포함할 수 있다.
반도체 층(102)은 정면(여기에서 “하부 표면"으로도 지칭됨)(106) 및 배면(여기에서 “상부 표면"으로도 지칭됨)(108)을 갖는다. 반도체 층(102)은 약 100 μm 내지 약 3000 μm(예컨대, 100 μm 내지 3000 μm) 범위일 수 있는 두께를 갖는다.
방사선 감지 영역(104)이 반도체 층(102)에 형성된다. 방사선 감지 영역(104)은 배면(108)으로부터 반도체 층(102)에 부딪히는 입사 광선과 같은 방사선을 감지하도록 구성된다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 방사선 감지 영역의 각각 또는 방사선 감지 영역(104)은 광자를 전하로 변환할 수 있는 포토다이오드를 포함한다. 본 개시의 일부 실시예에서, 방사선 감지 영역(104)은 포토다이오드, 트랜지스터, 증폭기, 다른 유사 디바이스, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 방사선 감지 영역(104)은 또한 여기에서 "방사선 검출 디바이스" 또는 "광 센서"로도 지칭될 수 있다.
단순화를 위해, 2개의 방사선 감지 영역(104)이 도 1에 예시되어 있지만, 추가의 반사선 감지 영역(104)이 반도체 층(102)에서 구현될 수 있다. 한정이 아니라 예로써, 방사선 감지 영역(104)은 정면(106)으로부터 반도체 층(102)에 대한 이온 주입 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다. 방사선 감지 영역(104)은 또한 도펀트 확산 프로세스에 의해 형성될 수 있다.
방사선 감지 영역(104)은 아이솔레이션(isolation) 구조물(110)로 서로 전기적으로 격리된다. 아이솔레이션 구조물(110)은, 반도체 층(102) 안으로 에칭되어 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, FSG(fluorine-doped silicate glass), 로우 k(low-k) 유전체 재료(예컨대, 3.9보다 더 낮은 k 값을 갖는 재료), 및/또는 적합한 절연 재료와 같은 유전체 재료로 채워진 트렌치일 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 반도체 층(102)의 배면(108) 상의 아이솔레이션 구조물(110)은 반사방지 코팅(ARC; anti-reflective coating)(112)을 갖는다. ARC(112)는, 들어오는(incoming) 광선이 방사선 감지 영역/픽셀(104)로부터 멀어지는 방향으로 반사되는 것을 막을 수 있는 라이너 층이다. ARC(112)는 산화하프늄(HfO2), 오산화탄탈(Ta2O5), 이산화지르코늄(ZrO2), 산화알루미늄(Al2O3) 또는 임의의 다른 하이 k 재료와 같은 하이 k 재료(예컨대, 3.9보다 높은 k 값을 갖는 재료)를 포함할 수 있다. ARC(112)는 스퍼터링 프로세스, 화학적 기상 증착(CVD; chemical vapor deposition) 기반의 프로세스, 원자층 증착(ALD; atomic layer deposition) 기반의 기술, 또는 임의의 다른 적합한 퇴적 기술을 사용하여 퇴적될 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에서, ARC(112)의 두께는 약 10 Å 내지 약 500 Å(예컨대, 10 Å 내지 500 Å) 범위일 수 있다.
배면 조명 이미지 센서 디바이스(100)는 또한, 도 1에 예시된 바와 같이, ARC(112) 위와 같이 반도체 층(102) 위에 형성된 캐핑 층(114)을 포함한다. 본 개시의 일부 실시예에서, 캐핑 층(114)은 그 위에 배면 조명 이미지 센서 디바이스(100)의 추가의 층들이 형성될 수 있는 평면 표면을 제공할 수 있다. 캐핑 층(114)은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산질화물(SiON) 또는 임의의 다른 적합한 유전체 재료와 같은 유전체 재료를 포함할 수 있다. 또한, 캐핑 층(114)은 CVD 또는 임의의 다른 적합한 퇴적 기술을 사용하여 퇴적될 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에서, 캐핑 층(114)의 두께는 약 500 Å 내지 약 2000 Å(예컨대, 500 Å 내지 2000 Å) 사이 범위일 수 있다.
또한, 배면 조명 이미지 센서 디바이스(100)는 캐핑 층(114) 위에 형성된 복합 그리드 구조물(116)을 포함한다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 복합 그리드 구조물(116)은 행과 열로 배열된 셀들(118)을 포함하는데, 각각의 셀(118)이 각자의 방사선 감지 영역(104)에 정렬된다. 상기 언급된 바와 같이, 셀(118)은 적색, 녹색, 또는 청색 컬러 필터(120)를 수용할 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따른 복합 그리드 구조물(116)의 평면도이다. 복합 그리드 구조물(116)에서의 컬러 필터(120)의 배열은 베이어(Bayer) 패턴에 기초할 수 있다. 예를 들어, 복합 그리드 구조물(116)은 50% 녹색 컬러 필터, 25% 적색 컬러 필터 및 25% 청색 컬러 필터를 포함할 수 있는데, 복합 그리드 구조물(116)의 모든 다른 셀(118)이 상이한 컬러 필터(120)로 채워진다. 그러나, 이는 한정하는 것이 아니며, 이웃 셀(118)은 동일 컬러의 컬러 필터에 의해 점유될(예컨대, 채워질) 수 있다.
도 1을 참조하면, 복합 그리드 구조물(116)의 셀(118)은, 하부 층(122) 및 상부 유전체 층(124)을 퇴적하고, 셀(118)을 형성하도록 하부 층 및 상부 유전체 층의 일부를 선택적으로 에칭 제거함으로써, 형성될 수 있다. 한정이 아니라 예로써, 복합 그리드 구조물(116)은 다음과 같이 형성될 수 있다: 하부 층(122) 및 상부 유전체 층(124)이 캐핑 층(114) 상에 전면(blanket) 퇴적될 수 있고, 하나 이상의 포토리소그래피 및 에칭 동작이 셀(118)의 측벽을 형성하도록 하부 층(122) 및 상부 유전체 층(124)을 패터닝하는 데에 사용될 수 있다. 포토리소그래피 및 에칭 동작은, 복합 그리드 구조물(116)의 각각의 셀(118)이 반도체 층(102)의 각자의 방사선 감지 영역(104)에 정렬되도록 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 복합 그리드 구조물(116)의 각각의 셀(118)의 측벽 높이는 약 200 nm 내지 약 1000 nm(예컨대, 200 nm 내지 1000 nm) 범위일 수 있다.
셀(118)의 하부 층(122)은 티타늄, 텅스텐, 알루미늄, 또는 구리로 제조될 수 있다. 그러나, 셀(118)의 하부 층(122)은 금속에 한정되지 않을 수 있고, 들어오는 가시광을 방사선 감지 영역(104)을 향해 반사 및 안내할 수 있는 다른 적합한 재료 또는 재료 스택을 포함할 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에서, 셀(118)의 하부 층(122)은 스퍼터링 프로세스, 도금 프로세스, 증발 프로세스, 또는 임의의 다른 적합한 퇴적 방법을 사용하여 형성된다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, 각각의 셀(118)의 하부 층(122)의 두께는 약 100 Å 내지 약 3000 Å(예컨대, 100 Å 내지 3000 Å) 범위일 수 있다.
상부 유전체 층(124)은 하나 이상의 유전체 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 유전체 층(124)은 배면 조명 이미지 센서 디바이스(100)의 앞서 형성된 층(예컨대, 하부 층(122) 및 캐핑 층(114))을 보호할 수 있다. 상부 유전체 층(124)은 입사 광이 통과하여 방사선 감지 영역(104)에 도달할 수 있게 해줄 수 있다. 상부 유전체 층(124)은 투명한 재료 또는 재료들로 제조될 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에서, 상부 유전체 층(124)은 SiO2, Si3N4, SiON, 또는 임의의 다른 적합한 투명 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 상부 유전체 층(124)은 CVD 또는 ALD에 의해 퇴적될 수 있고, 약 1000 Å 내지 약 3000 Å(예컨대, 1000 Å 내지 3000 Å) 범위의 퇴적 두께 범위를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 복합 그리드 구조물(116)은, 텅스텐인 제1 층, 제1 층 위의 PEOX(plasma-enhanced oxide)인 제2 층, 및 제2 층 위의 실리콘 산질화물인 제3 층과 같이, 2개보다 더 많은 수의 층을 포함한다.
셀(118)은 또한, 컬러 필터(120)와 셀(118)의 측벽 재료(예컨대, 하부 층(122) 및 상부 유전체 층(124)) 사이에 개재되는 패시베이션 층(126)을 포함한다. 한정이 아니라 예로써, 패시베이션 층(126)은 CVD 기반 또는 ALD 기반의 퇴적 기술에 의해 컨포멀로(conformally) 퇴적될 수 있다. 패시베이션 층(126)은 SiO2, Si3N4, 또는 SiON과 같은 유전체 재료로 형성될 수 있고, 약 50 Å 내지 3000 Å(예컨대, 50 Å 내지 3000 Å)사이의 두께를 가질 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 컬러 필터(120)의 상부 표면은 상부 유전체 층(124) 상의 패시베이션 층(126)의 상부 표면에 정렬될 수 있다. 대안으로서, 컬러 필터(120)는 상부 유전체 층(124) 상의 패시베이션 층(126)의 상부 표면 위에 있을 수 있다. 예를 들어 설명 목적으로, 컬러 필터(120)의 상부 표면은 상부 유전체 층(124) 상의 패시베이션 층(126)의 상부 표면에 정렬되는 것으로 기재될 것이다.
복합 그리드 구조물(116)의 셀(118)이 그 각자의 컬러 필터(120)를 수용한 후에, 투명 재료 층(128)이 복합 그리드 구조물(116) 및 컬러 필터(120) 위에 형성될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 투명 재료 층(128)은, 컬러 필터(120)의 상부 표면이 상부 유전체 층(124) 위의 패시베이션 층(126)의 상부 표면에 정렬되는 경우 패시베이션 층(126)과 접촉할 수 있다. 대안으로서, 일부 실시예에서, 투명 재료 층(128)은, 컬러 필터(120)의 상부 표면이 상부 유전체 층(124) 위의 패시베이션 층(126)의 상부 표면 위에 있는 경우 패시베이션 층(126)과 접촉하지 않을 수 있다. 일부 예에서, 투명 재료 층(128)은 복합 그리드 구조물(116)의 각각의 셀(118) 위에 마이크로렌즈(130)를 형성한다. 마이크로렌즈(130)는 각자의 방사선 감지 영역(104)과 정렬되고, 셀(118)의 경계 내에서(예컨대, 각각의 셀(118)의 측벽 내에서) 컬러 필터(120)의 상부 표면을 덮도록 형성된다.
마이크로렌즈(130)는 그의 곡률로 인해 투명 재료 층(128)의 다른 영역(예컨대, 상부 유전체 층(124) 위의 마이크로렌즈(130) 사이의 영역)보다 더 두껍다. 예를 들어, 투명 재료 층(128)은 컬러 필터(120) 위에서 더 두껍고(예컨대, 마이크로렌즈(130)가 형성되는 곳), 마이크로렌즈(130) 사이의 영역에서 더 얇다(예컨대, 상부 유전체 층(124) 위).
도 1을 참조하면, 배면 조명 이미지 센서 디바이스(100)는 또한 상호접속 구조물(132)을 포함할 수 있다. 상호접속 구조물(132)은 방사선 감지 영역(104)과 다른 컴포넌트(도 1에 도시되지 않음) 간의 상호접속(예컨대, 배선)을 형성하는, 패터닝된 유전체 층 및 전도성 층을 포함할 수 있다. 상호접속 구조물(132)은 예를 들어 층간 유전체(ILD; interlayer dielectric) 층(136)에 매립된 하나 이상의 다층 상호접속(MLI; multilayer interconnect) 구조물(134)일 수 있다. 본 개시의 일부 실시예에 따르면, MLI 구조물(134)은 컨택/비아 및 금속 라인을 포함할 수 있다. 예시 목적을 위해, 복수의 전도성 라인(138) 및/또는 비아/컨택(140)이 도 1에 도시되어 있다. 전도성 라인(138) 및/또는 비아/컨택(140)의 위치 및 구성은 설계에 따라 달라질 수 있고 도 1의 도시에 한정되지 않는다. 또한, 상호접속 구조물(132)은 감지 디바이스(142)를 포함할 수 있다. 감지 디바이스(142)는 예를 들어, 각자의 방사선 감지 영역(또는 픽셀)(104)에 전기적으로 접속되며 광-전하 변환 프로세스의 결과로서 이들 영역에서 생성된 전기 신호를 읽어들이도록 구성된, 전계 효과 트랜지스터(FET; field effect transistor) 및/또는 메모리 셀의 어레이일 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에서, 상호접속 구조물(132)은 상호접속부, 저항, 트랜지스터, 및/또는 다른 반도체 디바이스의 복수의 층들을 포함하는 완전 제조된 집적 회로(IC; integrated circuit)의 또는 부분 제조된 IC의 상부 층일 수 있다. 그 결과, 상호접속 구조물(132)은 FEOL(front end of the line) 및 MOL(middle of the line) 층을 포함할 수 있다. 또한, 상호접속 구조물(132)은 버퍼 층(도 1에 도시되지 않음)을 통해, 그 위에 제조된 구조물(예컨대, 상호접속 층(132), 반도체 층(102) 등)에 대한 지지를 제공할 수 있는 캐리어 기판(도 1에 도시되지 않음)에 부착될 수 있다. 캐리어 기판은 예를 들어 실리콘 웨이퍼, 유리 기판, 또는 임의의 다른 적합한 재료일 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에서, 배면 조명 이미지 센서 디바이스(100)의 제조는, 실리콘 기판(예컨대, 실리콘 웨이퍼) 상에 반도체 층(102)을 형성하고 그 후에 반도체 층(102)의 정면(106) 위에 상호접속 구조물(132)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 상호접속 구조물(132)은 완성되기 전에 복수의 리소그래피, 에칭, 퇴적, 및 평탄화 동작을 거칠 수 있다. 상호접속 구조물(132)이 형성되면, (상기에 설명된 바와 같은) 캐리어 기판이 상호접속 구조물(132)의 상부에 부착될 수 있다. 예를 들어, 버퍼 층이 캐리어 기판과 상호접속 구조물(132) 사이의 접착 매체로서 작용할 수 있다. 실리콘 기판은 뒤집어질 수 있고, 실리콘 기판은 반도체 층(102)의 배면(108)이 노출될 때까지 기계적으로 그라인딩 및 연마될 수 있다. 그 후에, 방사선 감지 영역 또는 픽셀(104)을 더 전기적으로 격리시키도록 반도체 층(102)의 배면(108) 상의 아이솔레이션 구조물이 형성될 수 있다. 캐핑 층(114)이 복합 그리드 구조물(116)과 함께 반도체 층(102)의 배면(108) 상에 형성될 수 있다.
복합 그리드 구조물(116)은 그의 셀(118) 각각이 각자의 방사선 감지 영역 또는 픽셀(104)에 정렬되도록 형성될 수 있다. 복합 그리드 구조물(116) 및 방사선 감지 영역 또는 픽셀(104)의 정렬은 예를 들어 반도체 층(102)의 배면(108) 상에 존재하는 정렬 마크에 기초하여 포토리소그래피 동작을 이용해 달성될 수 있다. 복합 그리드 구조물(116)의 형성은, 셀(118)을 형성하도록 포토리소그래피 및 에칭 동작을 사용하여 하부 층(122) 및 상부 유전체 층(124)의 퇴적 및 후속 패터닝을 포함할 수 있다. 그 후에 하부 층(122) 및 상부 유전체 층(124)의 노출된 표면 위에 패시베이션 층(126)이 퇴적된다. 컬러 필터(120)가 셀(118)을 채울 수 있고 투명 재료 층(128)이 마이크로렌즈(130)를 형성하도록 그 위에 퇴적될 수 있다. 배면 조명 이미지 센서 디바이스(100)의 제조는 상기 기재된 동작에 한정되지 않고, 추가의 또는 대안의 동작이 수행될 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 도 3은 이미지 센서의 복합 그리드 구조물 내에 하나 이상의 편광 격자 구조물(그리드 편광자)을 형성하기 위한 방법(300)의 흐름도이다. 예를 들어, 방법(300)은 도 1의 배면 조명 이미지 센서 디바이스(100)에 관련하여 기재될 것이다. 편광 격자 구조물은 다음 편광 방향 중 임의의 편광 방향을 가질 수 있다: 0°, 45°, 90°, 또는 135°. 그러나, 이들 방향은 한정하는 것이 아니고 다른 편광 방향이 가능하다. 방법(300)은 배면 조명 이미지 센서 디바이스에 한정되지 않고, 유사한 재료 층 및/또는 기하구조를 공유하는 정면 조명 이미지 센서 디바이스와 같은 다른 유형의 이미지 센서 디바이스로 확장될 수 있다. 이 다른 유형의 이미지 센서 디바이스는 본 개시의 진정한 의미 및 범위 내에 속한다.
일부 실시예에 따르면, 방법(300)은 복합 그리드 구조물(116)의 셀(116)에 격자 요소들을 형성할 수 있다. 격자 요소들은 45°의 증분으로 0° 내지 135° 범위일 수 있는 편광 각도(예컨대, 0°, 45°, 90°, 및 135°)를 향해 배향될 수 있다. 방법(300)은 아래에 기재된 동작에 한정되지 않는다. 방법(300)의 다양한 동작들 사이에 다른 제조 동작이 수행될 수 있고 단지 명확하게 하기 위해 생략된다.
도 3을 참조하면, 방법(300)은 반도체 층 위에 층 스택이 형성되는 동작 302로 시작된다. 일부 예에서, 층 스택은 2개보다 많은 층을 포함할 수 있다. 도 4는 방법(300)에 따라 도 1의 배면 조명 이미지 센서 디바이스(100)와 같은 부분 제조된 이미지 센서를 도시한다. 도 4에서 그리고 동작 302에 따라, 하부 층(122) 및 상부 유전체 층(124)을 포함하는 층 스택(400)이 반도체 층(102) 위에 형성된다. 상기에 설명된 바와 같이, 하부 층(122)은 티타늄, 텅스텐, 알루미늄, 또는 구리를 포함할 수 있다. 그러나, 하부 층(122)은 금속에 한정되지 않고, 들어오는 가시광을 반도체 층(102)의 방사선 감지 영역(104)을 향해 반사 및 안내할 수 있는 다른 적합한 재료 또는 재료 스택을 포함할 수 있다. 한정이 아니라 예로써, 하부 층(122)은 스퍼터링 프로세스, 도금 프로세스, 증발 프로세스, 화학적 기상 증착(CVD) 프로세스, 원자층 증착(ALD) 프로세스, 또는 임의의 적합한 퇴적 방법을 사용하여 형성될 수 있다. 또한,하부 층(122)의 두께는 약 100 Å 내지 약 3000 Å(예컨대, 100 Å 내지 3000 Å) 범위일 수 있다. 하부 층(122)은 반도체 층(102) 바로 위에 퇴적되지 않는다. 일부 실시예에 따르면, 하부 층(122)은 캐핑 층(114) 위에 퇴적된다. 일부 실시예에서, 하부 층(122)은 하부 층(122)과 캐핑 층(114) 사이에 배치된 접착/배리어 층 상에 퇴적될 수 있다. 단순화를 위해, 접착/배리어 층은 도 4에 도시되지 않는다.
동작 302에 따르면 그리고 도 4를 참조하면, 층 스택(400)의 상부 유전체 층(124)이 하부 층(122) 위에 퇴적될 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 유전체 층(124)은 하나 이상의 유전체 층의 스택일 수 있다. 일부 실시예에서, 상부 유전체 층(124)은 들어오는 가시광이 통과하게 해줄 수 있다. 다르게 말하자면, 상부 유전체 층(124)은 반사방지 재료로서 기능하는 투명 재료 또는 재료들로 제조된다. 일부 실시예에서, 상부 유전체 층(124)은 SiO2, Si3N4, SiON, 폴리머, 또는 다른 적합한 투명 유전체 재료(들)로 제조된다. 상부 유전체 층(124)은 CVD 또는 ALD에 의해 퇴적될 수 있고, 약 1000 Å 내지 약 3000 Å(예컨대, 1000 Å 내지 3000 Å) 범위의 퇴적된 두께를 가질 수 있다. 대안으로서, 상부 유전체 층(124)은 하부 층(122) 상에 스핀 코팅될 수 있다.
도 3을 참조하면, 방법(300)은 동작 304 및 복합 그리드 구조물(116)과 같은 복합 그리드 구조물 내에 격자 요소들을 갖는 하나 이상의 편광 격자 구조물의 형성으로 이어진다. 일부 실시예에서, 하나 이상의 편광 격자 구조물의 형성은 복합 그리드 구조물(116)과 같은 복합 그리드 구조물의 형성과 동시에 수행된다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 포토레지스트(PR) 층 또는 하드 마스크(HM) 층이 층 스택(400) 위에 퇴적될 수 있다. PR 또는 HM 층은 그 후에 패터닝된 구조물(402 및 404)이 층 스택(400) 위에 형성되도록 패터닝된다. 패터닝된 구조물(402)은 약 100 nm 내지 약 500 nm(예컨대, 100 nm 내지 500 nm) 범위인 피치(P1)를 가질 수 있고, 편광 격자 구조물의 격자 요소들을 형성하도록 사용될 수 있다. 상기에 설명된 바와 같이, 피치(P1)의 범위는, 각각의 격자 요소의 폭이 약 20 nm 내지 약 300 nm(예컨대, 20 nm 내지 300 nm) 범위일 수 있음을 보장한다. 패터닝된 구조물(404)은 피치(P1)보다 더 큰 피치(P2)를 가질 수 있고(예컨대, P2>P1), 복합 그리드 구조물(116)의 셀(118)의 측벽을 형성하도록 사용될 수 있다. 한정이 아니라 예로써, 4개의 패터닝된 구조물(402 및 404)이 각각 도 4에 도시된다. 그러나, 일부 실시예에 따르면, 추가의 패터닝된 구조물(402 및 404)이 층 스택(400)에 걸쳐 가능하다. 또한, 편광 격자 구조물의 격자 요소들의 형성을 담당하는 패터닝된 구조물(402)은, 복합 그리드 구조물(116)에서의 셀(118)의 형성을 담당하는 패터닝된 구조물(404)에 관련한 각도로 그의 길이를 갖도록 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 패터닝된 구조물(402 및 404) 간의 각도는 가시광의 편광 각도와 일치한다. 일부 실시예에서, 편광 각도는 45°의 증분으로 0° 내지 135° 범위일 수 있다.
예를 위한 목적으로, 격자 요소들의 형성은, 패터닝된 구조물(404)에 평행한 패터닝된 구조물(402)로 기재될 것이다(예컨대, 0°의 편광 각도를 갖는 격자 요소들이 됨). 여기에서의 개시에 기초하여, 상기 설명된 바와 같이 다른 배향 각도가 구현될 수 있다. 이 배향 각도는 본 개시의 진정한 의미 및 범위 내에 속한다.
패터닝된 구조물(402 및 404)은, 후속 에칭 프로세스가 복합 그리드 구조물(116)을 형성하도록 패터닝된 구조물(402 및 404) 사이의 층 스택(400)을 선택적으로 제거할 수 있도록 마스크 층으로서 사용된다. 일부 실시예에서, 에칭 프로세스는 상부 유전체 층(124) 및 하부 층(122)에 대해 상이한 에칭 화학을 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 에칭 프로세스는 종료 지시되고, 예를 들어 캐핑 층(114)이 노출될 때 자동으로 종료될 수 있다. 또한, 에칭 프로세스는 타이밍될 수 있거나 또는 타이밍 및 종료 지시된 에칭 프로세스의 조합일 수 있다. 일부 예에서, 에칭 프로세스는 에칭된 특징부가 공칭 수직 측벽을 갖도록 이방성이다. 또한, 에칭 프로세스는 상부 유전체 층(124) 및 하부 층(122)을 향하여 높은 선택도를 가질 수 있다. 도 5는 상기에 기재된 동작(304)의 에칭 프로세스 후의, 도 4의 예시적인 구조물이다.
에칭 프로세스가 완료되면, 패터닝된 구조물(402 및 404)은 습식 에칭 화학으로 제거될 수 있다. 결과적인 에칭된 구조물, 예컨대 격자 요소(600) 및 셀(118)의 측벽이 도 6에 도시된다. 일부 실시예에서, 격자 요소(600)의 높이는 약 200 nm 내지 약 1000 nm 사이이고(예컨대, 200 nm 내지 1000 nm), 그의 폭은 약 20 nm 내지 약 300 nm 사이이고(예컨대, 20 nm 내지 300 nm), 그의 피치는 약 100 nm 내지 약 500 nm 사이이다(예컨대, 100 nm 내지 500 nm). 도 6의 예에서, 예를 들어, 0° 편광 각도인 셀(118) 내의 편광 격자 구조물(610)의 평면도인 도 7a에 도시된 바와 같이, 편광 격자 구조물(610)의 격자 요소(600)는 복합 그리드 구조물(116)의 셀(118)의 측벽에 평행하게(예컨대, 0° 편광 각도로) 정렬된다. 도 6에 따르면, 편광 격자 구조물(610)은 복합 그리드 구조물(116)의 일부일 수 있다. 다르게 말하자면, 편광 격자 구조물(610)이 복합 그리드 구조물(116)의 셀(118)에 형성될 수 있다. 상기에 설명된 바와 같이, 격자 요소(600)는, 편광 격자 구조물(610)이 추가의 편광 각도로 광을 검출할 수 있도록, 셀(118)의 측벽에 관련하여 상이한 각도로 정렬될 수 있다. 한정이 아니라 예로써, 도 7a 내지 도 7d는 셀(118)의 측벽에 관련하여 상이한 각도로(예컨대, 0°, 45°, 90°, 또는 135°) 배향된 격자 요소(600)를 갖는 예시적인 편광 격자 구조물(610)의 평면도이다. 상기에 설명된 바와 같이, 이들 각도는 입사 광의 각자의 편광 각도와 일치할 수 있다.
또한, 복합 그리드 구조물(116)의 셀(118) 및 편광 격자 구조물(610)은 반도체 층(102)의 방사선 감지 영역(104)에 실질적으로 정렬된다. 또한, 추가의 편광 격자 구조물이 복합 그리드 구조물(116)에 걸쳐 가능하다.
도 8을 참조하면, 격자 요소(600) 및 셀(118)의 형성 후에, 패시베이션 층(126)이 셀(118)의 측벽 및 격자 요소(600) 위에 컨포멀로 퇴적된다. 한정이 아니라 예로써, 패시베이션 층(126)은 CVD 기반 또는 ALD 기반의 퇴적 방법에 의해 퇴적될 수 있다. 패시베이션 층(126)은 SiO2, Si3N4, 또는 SiON과 같은 유전체 재료로 형성될 수 있고, 약 50 Å 내지 3000 Å(예컨대, 50 Å 내지 3000 Å)의 두께를 가질 수 있다.
도 3을 참조하면, 방법(300)은, 편광 격자 구조물(610)의 격자 요소들(600) 사이의 갭이 컬러 필터, 공기, 유전체 재료, 또는 이들의 조합으로 채워지는 동작 306으로 이어진다. 일부 실시예에서, 유전체 재료는 SiO2, Si3N4, SiON, SiC, 또는 폴리머로 제조된 투명/반사방지 재료이다.
동작 308에서, 도 9에 도시된 바와 같이, 복합 그리드 구조물(116)의 셀(118)은 하나 이상의 컬러 필터(120)로 채워진다. 일부 실시예에서, 컬러 필터(120)는 적색, 녹색, 또는 청색일 수 있다. 도 9의 예에서, 격자 요소들(600) 사이의 갭이 공기로 채워진다. 도 10 및 도 11은 일부 실시예에 따라 복합 그리드 구조물(116)에서의 상이한 편광 각도를 갖는 편광 그리드 구조물(610) 및 컬러 필터(120)의 예시적인 배열을 도시한다. 도 10 및 도 11의 예는 한정하는 것이 아니고, 추가의 배열이 가능하며 이는 본 개시의 진정한 의미 및 범위 내에 속한다. 예를 들어, 복합 그리드 구조물(116)이 50% 녹색 컬러 필러, 25% 적색 컬러 필터, 및 25% 청색 컬러 필터를 포함할 수 있는 베이어 패턴에서, 녹색 컬러 필터의 일부가 편광 격자 구조물로 교체될 수 있다.
도 9를 참조하면, 마이크로렌즈(130)가 각각의 셀(118) 및 편광 격자 구조물(610) 위에 형성될 수 있다. 마이크로렌즈(130)는 복합 그리드 구조물(116)의 각자의 셀(118)로 들어오는 광선을 반도체 층(102)의 방사선 감지 영역(104)을 향해 포커싱한다.
본 개시는 배면 조명 이미지 센서 디바이스의 복합 그리드 구조물의 일부로서 편광 격자 구조물(예컨대, 편광자)의 형성을 기재한 방법에 관한 것이다. 일부 실시예에서, 편광 격자 구조물은 복합 그리드 구조물의 하나 이상의 컬러 필터를 편광 격자 구조물(그리드 편광자)로 교체함으로써 복합 그리드 구조물로 통합될 수 있다. 일부 실시예에서, 편광 격자 구조물은 다음 편광 방향에 따라 입사광의 편광 정보를 제공할 수 있다: 0°, 45°, 90°, 및/또는 135°. 전술한 편광 방향은 한정하는 것이 아니고 다른 편광 방향이 가능하다. 일부 실시예에 따르면, 편광 격자 구조물의 격자 요소들 간의 피치는 약 100 nm 내지 약 500 nm(예컨대, 100nm 내지 500nm) 범위일 수 있고, 각각의 격자 요소의 폭은 약 20 nm 내지 약 300 nm(예컨대, 20 nm 내지 300 nm) 범위일 수 있다. 편광 격자 구조물의 격자 요소는 복합 그리드 구조물과 동일한 재료로 제조될 수 있다. 센서 디바이스의 복합 그리드 구조물로의 편광자의 통합은, 이미지 센서에 대한 컴팩트 설계, 이동 부품의 부재, 및 광 편광 정보의 보다 빠른 획득(예컨대, 모든 편광 각도에 대한 편광 정보가 동시에 수집됨)을 포함한 여러 가지 이점을 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 반도체 이미지 센서 디바이스는, 방사선(radiation)을 감지하도록 구성된 하나 이상의 감지 영역을 포함하는 반도체 층; 상기 반도체 층 위에, 상기 하나 이상의 감지 영역에 각각 정렬된 하나 이상의 셀을 포함하는 그리드(grid) 구조물; 및 상기 반도체 이미지 센서 디바이스에 들어오는 광을 편광시키도록 구성된, 상기 그리드 구조물의 상기 하나 이상의 셀 내의 편광 격자(polarizing grating) 구조물을 포함한다.
일부 실시예에서, 반도체 이미지 센서는, 광 편광 각도로 정렬된 격자 요소를 포함하는 하나 이상의 편광 격자 구조물로서, 그리드 구조물에 의해 정의된 셀에 배치되는, 상기 하나 이상의 편광 격자 구조물; 상기 그리드 구조물로부터 반도체 층에 들어가는 방사선을 감지하도록 구성된 감지 영역을 갖는 반도체 층으로서, 상기 그리드 구조물의 셀 각각이 상기 반도체 층의 감지 영역에 정렬되도록 상기 그리드 구조물 아래에 배치되는, 상기 반도체 층; 및 상기 그리드 구조물의 각각의 셀 위의 마이크로렌즈를 포함한다.
일부 실시예에서, 이미지 센서를 형성하는 방법은, 방사선 감지 영역을 갖는 반도체 층 위에 하부 층 및 상부 반사방지 층을 포함하는 층 스택을 퇴적하는 단계를 포함한다. 방법은, 셀을 포함한 그리드 구조물 및 셀 내의 편광 격자 구조물을 형성하도록 상기 층 스택을 패터닝하는 단계를 더 포함하며, 상기 편광 격자 구조물은 광 편광 각도로 배향된 격자 요소를 포함한다. 방법은 또한, 상기 격자 요소 사이의 격자 구조물을 공기 또는 유전체 재료로 채우는 단계 및 편광 격자 구조물을 포함하지 않는 셀을 컬러 필터로 채우는 단계를 포함한다.
본 개시의 요약이 아닌 상세한 설명의 부분은 청구항을 해석하기 위해 사용되는 것으로 의도됨을 알아야 할 것이다. 본 개시의 요약 부분은 고려되는 모든 예시적인 실시예가 아니라 하나 이상의 예시적인 실시예를 서술한 것일 수 있고, 따라서 첨부 청구항을 한정하고자 하는 것이 아니다.
전술한 개시는 당해 기술 분야에서의 숙련자들이 본 개시의 양상을 보다 잘 이해할 수 있도록 여러 실시예들의 특징을 나타낸 것이다. 당해 기술 분야에서의 숙련자라면, 여기에서 소개된 실시예와 동일한 목적을 수행하고/하거나 동일한 이점을 달성하기 위해 다른 프로세스 및 구조를 설계 또는 수정하기 위한 기반으로서 본 개시를 용이하게 사용할 수 있다는 것을 알 것이다. 당해 기술 분야에서의 숙련자는 또한, 이러한 등가의 구성이 본 개시의 진정한 의미 및 범위로부터 벗어나지 않으며, 첨부 청구항의 진정한 의미 및 범위에서 벗어나지 않고서 다양한 변경, 치환 및 대안을 행할 수 있다는 것을 알 것이다.
실시예
실시예 1. 반도체 이미지 센서 디바이스에 있어서,
방사선(radiation)을 감지하도록 구성된 하나 이상의 감지 영역을 포함하는 반도체 층;
상기 반도체 층 위에, 상기 하나 이상의 감지 영역에 각각 정렬된 하나 이상의 셀을 포함하는 그리드(grid) 구조물; 및
상기 그리드 구조물의 상기 하나 이상의 셀 내의 편광 격자(polarizing grating) 구조물을 포함하고,
상기 편광 격자 구조물은 상기 반도체 이미지 센서 디바이스에 들어오는 광을 편광시키도록 구성된 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
실시예 2. 실시예 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물의 편광 각도가 0°, 45°, 90°, 또는 135°를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
실시예 3. 실시예 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물은 약 100 나노미터(nm)와 약 500 nm 사이의 피치를 갖는 격자 요소(grating element)를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
실시예 4. 실시예 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물은 약 200 nm와 약 1000 nm 사이의 높이를 갖는 격자 요소를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
실시예 5. 실시예 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물은 약 20 nm와 약 300 nm 사이의 폭을 갖는 격자 요소를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
실시예 6. 실시예 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물은 공기, 컬러 필터, 또는 광에 투명한 유전체 재료를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
실시예 7. 실시예 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물은 텅스텐, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드, 실리콘 산화물, 또는 폴리머로 제조된 격자 요소를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
실시예 8. 실시예 1에 있어서,
상기 하나 이상의 셀 안에 배치된 컬러 필터;
상기 하나 이상의 셀 각각 위의 마이크로렌즈; 및
상기 반도체 층의 상기 하나 이상의 감지 영역에의 전기적 접속을 제공하도록 구성된, 상기 반도체 층 아래의 상호접속 구조물을 더 포함하는, 반도체 이미지 센서 디바이스.
실시예 9. 반도체 이미지 센서에 있어서,
광 편광 각도로 정렬된 격자 요소를 포함하는 하나 이상의 편광 격자 구조물로서, 그리드 구조물에 의해 정의된 셀에 배치되는, 상기 하나 이상의 편광 격자 구조물;
상기 그리드 구조물로부터 반도체 층에 들어가는 방사선을 감지하도록 구성된 감지 영역을 갖는 반도체 층으로서, 상기 그리드 구조물의 셀 각각이 상기 반도체 층의 감지 영역에 정렬되도록 상기 그리드 구조물 아래에 배치되는, 상기 반도체 층; 및
상기 그리드 구조물의 각각의 셀 위의 마이크로렌즈를 포함하는, 반도체 이미지 센서.
실시예 10. 실시예 9에 있어서, 상기 하나 이상의 편광 격자 구조물은 상기 그리드 구조물에서의 인접한 셀에 배열되는 것인, 반도체 이미지 센서.
실시예 11. 실시예 9에 있어서, 상기 하나 이상의 편광 격자 구조물은 상기 그리드 구조물에서의 인접하지 않은 셀에 배열되는 것인, 반도체 이미지 센서.
실시예 12. 실시예 9에 있어서, 상기 하나 이상의 편광 격자 구조물은 상기 그리드 구조물에서의 임의의 셀을 점유하는 것인, 반도체 이미지 센서.
실시예 13. 실시예 9에 있어서, 상기 하나 이상의 편광 격자 구조물에서 상기 격자 요소의 광 편광 각도와 일치하는 편광 강도로 편광된 광을 수신하도록 편광 격자 구조물 하의 감지 영역이 구성되는 것인, 반도체 이미지 센서.
실시예 14. 실시예 9에 있어서, 상기 하나 이상의 편광 격자 구조물의 각각은 마이크로렌즈와 상기 반도체 층의 감지 영역 사이에 배치되는 것인, 반도체 이미지 센서.
실시예 15. 실시예 9에 있어서, 상기 그리드 구조물과 반대인 상기 반도체 층의 면 상에 배치된 상호접속 구조물을 더 포함하는, 반도체 이미지 센서.
실시예 16. 이미지 센서를 형성하는 방법에 있어서,
방사선 감지 영역을 갖는 반도체 층 위에 하부 금속 층 및 상부 반사방지 층을 포함하는 층 스택을 퇴적하는 단계;
셀을 포함한 그리드 구조물 및 셀 내의 편광 격자 구조물을 형성하도록 상기 층 스택을 패터닝하는 단계로서, 상기 편광 격자 구조물은 광 편광 각도로 배향된 격자 요소를 포함하는 것인, 상기 패터닝하는 단계;
상기 격자 요소 사이의 격자 구조물을 공기 또는 유전체 재료로 채우는 단계; 및
편광 격자 구조물을 포함하지 않는 셀을 컬러 필터로 채우는 단계를 포함하는, 이미지 센서를 형성하는 방법.
실시예 17. 실시예 16에 있어서,
상기 그리드 구조물의 각각의 셀 위에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하는, 이미지 센서를 형성하는 방법.
실시예 18. 실시예 16에 있어서, 상기 층 스택을 패터닝하는 단계는,
상기 층 스택 위에 포토레지스트 층 또는 하드 마스크 층을 배치하는 단계:
제1 패터닝된 구조물 및 제2 패터닝된 구조물을 형성하도록 상기 포토레지스트 층 또는 상기 하드 마스크 층을 패터닝하는 단계로서, 상기 제1 패터닝된 구조물은 상기 제2 패터닝된 구조물과 상이한 피치를 갖는 것인, 상기 패터닝하는 단계;
상기 그리드 구조물의 셀을 형성하도록 상기 제1 패터닝된 구조물을 통해 상기 층 스택을 에칭하는 단계; 및
상기 편광 격자 구조물의 격자 요소를 형성하도록 상기 제2 패터닝된 구조물을 통해 상기 층 스택을 에칭하는 단계를 포함하는 것인, 이미지 센서를 형성하는 방법.
실시예 19. 실시예 16에 있어서, 상기 격자 요소는 100 nm와 500 nm 사이의 피치 및 200 nm와 1000 nm 사이의 높이를 갖는 것인, 이미지 센서를 형성하는 방법.
실시예 20. 실시예 16에 있어서, 상기 이미지 센서에 들어오는 광이 상기 편광 격자 구조물에서의 상기 격자 요소의 광 편광 각도에 따라 편광되는 것인, 이미지 센서를 형성하는 방법.

Claims (10)

  1. 반도체 이미지 센서 디바이스에 있어서,
    방사선(radiation)을 감지하도록 구성된 하나 이상의 감지 영역을 포함하는 반도체 층;
    상기 반도체 층 위에, 상기 하나 이상의 감지 영역에 각각 정렬된 하나 이상의 셀을 포함하는 그리드(grid) 구조물; 및
    상기 그리드 구조물의 상기 하나 이상의 셀 내의 편광 격자(polarizing grating) 구조물을 포함하고,
    상기 편광 격자 구조물은 상기 반도체 이미지 센서 디바이스에 들어오는 광을 편광시키도록 구성된 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물의 편광 각도가 0°, 45°, 90°, 또는 135°를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물은 100 나노미터(nm)와 500 nm 사이의 피치를 갖는 격자 요소(grating element)를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물은 200 nm와 1000 nm 사이의 높이를 갖는 격자 요소를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물은 20 nm와 300 nm 사이의 폭을 갖는 격자 요소를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물은 공기, 컬러 필터, 또는 광에 투명한 유전체 재료를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 편광 격자 구조물은 텅스텐, 실리콘 산질화물, 실리콘 질화물, 실리콘 카바이드, 실리콘 산화물, 또는 폴리머로 제조된 격자 요소를 포함하는 것인, 반도체 이미지 센서 디바이스.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 하나 이상의 셀 안에 배치된 컬러 필터;
    상기 하나 이상의 셀 각각 위의 마이크로렌즈; 및
    상기 반도체 층의 상기 하나 이상의 감지 영역에의 전기적 접속을 제공하도록 구성된, 상기 반도체 층 아래의 상호접속 구조물을 더 포함하는, 반도체 이미지 센서 디바이스.
  9. 반도체 이미지 센서에 있어서,
    광 편광 각도로 정렬된 격자 요소를 포함하는 하나 이상의 편광 격자 구조물로서, 그리드 구조물에 의해 정의된 셀에 배치되는, 상기 하나 이상의 편광 격자 구조물;
    상기 그리드 구조물로부터 반도체 층에 들어가는 방사선을 감지하도록 구성된 감지 영역을 갖는 반도체 층으로서, 상기 그리드 구조물의 셀 각각이 상기 반도체 층의 감지 영역에 정렬되도록 상기 그리드 구조물 아래에 배치되는, 상기 반도체 층; 및
    상기 그리드 구조물의 각각의 셀 위의 마이크로렌즈를 포함하는, 반도체 이미지 센서.
  10. 이미지 센서를 형성하는 방법에 있어서,
    방사선 감지 영역을 갖는 반도체 층 위에 하부 금속 층 및 상부 반사방지 층을 포함하는 층 스택을 퇴적하는 단계;
    셀을 포함한 그리드 구조물 및 셀 내의 편광 격자 구조물을 형성하도록 상기 층 스택을 패터닝하는 단계로서, 상기 편광 격자 구조물은 광 편광 각도로 배향된 격자 요소를 포함하는 것인, 상기 패터닝하는 단계;
    상기 격자 요소 사이의 격자 구조물을 공기 또는 유전체 재료로 채우는 단계; 및
    편광 격자 구조물을 포함하지 않는 셀을 컬러 필터로 채우는 단계를 포함하는, 이미지 센서를 형성하는 방법.
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