KR20220002241A - 광학 센서 디바이스 및 광학 센서 디바이스를 제조하기 위한 방법 - Google Patents
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Abstract
광학 센서 디바이스는, 감광 영역(11)을 갖는 반도체 바디(10), 감광 영역(11) 위에 배열되고 상부 금속층(21) 및 하부 금속층(22)을 포함하는 금속층(20)을 포함하며, 상기 상부 금속층(21)은 상기 하부 금속층(22)보다 상기 감광 영역(11)으로부터 더 먼 거리에 위치된다. 광학 센서 디바이스는 감광 영역(11) 위의 금속층(20) 내의 애퍼처 개구(24), 및 애퍼처 개구(24) 외부에 배열되고 금속층(20) 및/또는 반도체 바디(10)를 상호연결하는 비아 구조물(30)을 더 포함한다. 비아 구조물(30)은, 감광 영역(11)에 평행하고 감광 영역(11)과 상부 금속층(21) 사이의 애퍼처 개구(24)를 가로지르는 임의의 직선(S)이 양방향 둘 다에서 비아 구조물(30)에 의해 제한되는 방식으로 배열된다.
Description
본 개시는 광학 센서 디바이스 및 그러한 센서 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
모바일 전화, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 및 랩탑과 같은 전자 디바이스 내에서 사용되는 광 검출에서부터 이미징 응용예에 이르는 범위의 다양하고 상이한 응용예에서 반도체 기술에 기초한 광학 센서 디바이스가 널리 사용되고 있다. 현대의 센서 디바이스가, 점점 더 컴팩트해지고 있는, 고도로 집적된 디바이스임으로 인해, 예컨대, 미광(stray light)에 의해 야기되는, 센서 디바이스 내의 상이한 감광부 사이의 바람직하지 않은 크로스토크는 중대한 문제가 되었다. 또한, 센서 디바이스 내에 배열되는 능동 회로부의 기능은, 종래의 광 보호 방안에 의해 차단되지 않고 회로부에 영향을 미치는 전자기 방사선에 의해 영향을 받을 수 있다.
따라서 본 개시의 목적은, 감소된 광학 크로스토크를 갖는 광학 센서 디바이스의 개선된 개념을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 독립 청구항의 주제를 사용해 달성된다. 본 개선된 개념의 실시예 및 개발예는 종속 청구항 내에서 규정된다.
통상적으로, 집적 반도체 디바이스는, 센서 디바이스의 애플리케이션 특유 집적 회로(ASIC, application-specific integrated circuit), 예를 들어 판독 회로에 대한 전기 연결을 제공하기 위한 비아에 의해 상호연결되는 금속층의 스택을 포함한다. 광학 센서의 경우, 대안적으로, 또는 추가적으로, 감광 영역에 대한 애퍼처를 규정하기 위한 목적으로, 즉, 센서 디바이스의 감광 구조물의 시야를 제한하기 위해, 금속층이 소용될 수 있다.
본 개선된 개념은, 센서 디바이스의 감광 구조물과 능동 회로부 사이에 직접적인 경로가 제공되지 않는 방식으로 비아가 배열되어 있는 금속층 스택을 포함하는 광학 센서 디바이스를 제공한다는 발상에 기초한다.
특히, 본 개선된 개념에 따른 광학 센서 디바이스는, 감광 영역, 및 감광 영역 위에 배치되고 상부 금속층 및 하부 금속층을 포함하는 금속층을 갖는 반도체 바디를 포함한다. 여기서 상부 금속층은 하부 금속층보다 감광 영역으로부터 더 먼 거리에 위치된다. 센서 디바이스는, 애퍼처 개구 외부에 배열되고 금속층 및/또는 반도체 바디를 상호연결하는 비아 구조물 및 감광 영역 위의 금속층 내의 애퍼처 개구를 더 포함한다.
그러한 광학 센서 디바이스의 비아 구조물은, 감광 영역에 평행하고 감광 영역과 상부 금속층 사이의 애퍼처 개구를 가로지르는 임의의 직선이 양방향 둘 다에서 비아 구조물에 의해 제한되는 방식으로 배열된다.
반도체 바디는, 예컨대, CMOS 호환가능 ASIC과 같은 능동 회로를 포함하는 실리콘 기판과 같은 기판이다. 예컨대, 능동 회로부는 기판의 표면 상에 배열되거나, 기판 내에 부분적으로 배치된다. 감광 영역은 감광 구조물의 층 또는 표면일 수 있으며, 감광 구조물은, 구조물 상에 입사되는 전자기 방사선을 광전 효과에 기초하여 전류로 변환하도록 구성된다. 예컨대, 감광 구조물은, 감광 영역을 그 표면 중 하나로 갖는 집적 포토다이오드이다.
금속층은, 상단 표면과 같은, 반도체 바디의 표면에 평행하거나 일치하는 감광 영역 위에 배열된다. 이 맥락에서, '위에'는, 반도체 바디의 주 연장 평면에 대략 수직인, 수직 방향의 배열을 의미한다. 금속층의 주 연장 평면은 감광 표면에 평행하게 배향될 수 있다. 수직 방향에서, 하부 금속층은 상부 금속층보다 감광 영역에 더 가깝게 배열된다. 금속층 사이의 간극은 산화물과 같은 유전체 물질에 의해 충전될 수 있다.
금속층은 반도체 바디의 표면을 실질적으로 커버한다. 예컨대, 금속층 내의 애퍼처 개구가 그 위에 배열되는 감광 영역을 제외하고 표면이 완전히 커버된다. 애퍼처 개구의 형상 및 치수는 감광 영역의 형상 및 치수에 대응할 수 있다. 감광 영역이, 예컨대, 직사각형 형상이라면, 금속층 내의 애퍼처 개구 또한 직사각형 형상일 수 있다.
비아 구조물은 금속층 및/또는 반도체 바디를 상호연결한다. 예컨대, 비아 구조물은 반도체 바디와 하부 금속층, 하부 금속층과 상부 금속층, 및/또는 반도체 바디와 상부 금속층을 상호연결한다. 감광 영역과 상부 금속층 사이에서 감광 영역에 평행하게 그리고 감광 영역 위에서 전파되는, 광과 같은 전자기 방사선이 비아 구조물에 의해 차단되고, 따라서, 예를 들어, 반도체 바디 상의 ASIC의 능동 회로부 요소에 도달하지 않도록 비아 구조물의 배열이 선택된다.
일부 실시예에서, 비아 구조물은 복수의 비아를 포함한다.
반도체 바디와 금속층의 점별(pointwise) 상호연결을 위해 다수의 비아를 포함하는 비아 구조물이 사용될 수 있다.
일부 추가적인 실시예에서, 복수의 비아 각각은 직사각형, 특히, 정사각형, 또는 원형 단면을 갖는다.
통상적으로, 비아는 원형 또는 정사각형 단면을 갖는다. 일부 경우, 원래 직사각형 단면으로 설계되었더라도, 센서 디바이스의 제조가 완료된 후, 비아는 원통형 형상, 즉, 원형 단면, 또는 둥근 모서리를 갖는 직사각형 형상을 가질 수 있다. 이러한 효과는 제조 공정에 의존하며, 통상적으로 에칭 단계의 화학작용 및 등방성에 의해 야기된다. 일부 경우, 비아는, 비아의 다른 하나의 단부, 예컨대, 반도체 바디와 마주보는 비아의 단부 상의 단면에 비해, 비아의 하나의 단부, 예컨대, 반도체 바디로부터 멀리 향하는 비아의 단부 상의 더 큰 단면에 의해 특징지어지는 원뿔형 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 단부 상의 단면은 원형에 가까울 수 있고, 다른 단부 상의 단면은 직사각형에 가까울 수 있다. 완성된 비아가, 적절한 사이즈, 형상, 및 간격을 갖는 비아에 의해 특징지어지도록, 비아 구조물에 대해 이러한 효과가 고려되어야 한다.
일부 실시예에서, 감광 영역에 평행하고 감광 영역과 상부 금속층 사이의 애퍼처 개구를 가로지르는 임의의 직선을 가로지르는 종방향을 따라서 애퍼처 개구 주위에 복수의 비아가 행으로 배열된다. 또한, 비아는 행 내에서 거리를 두고 서로 연속되어, 열 각각에 대해 동일한 패턴을 형성한다. 그러한 실시예에서, 행은 종방향이 정렬된 상태로 서로의 옆에 배열된다. 행 중 이웃 행의 패턴은 서로에 종방향으로 시프팅된다.
복수의 비아의 가능성 있는 배열은, 애퍼처 개구 주위의 행으로의, 또는 행 및 열로의 배열이다. 동일한 패턴을 갖는 비아의 다수의 행을 갖는 것은, 본 개선된 개념에 따른 단순한 설계를 제공하며, 여기서, 비아 구조물을 통하는 임의의 직접적인 경로가 방지되도록 이웃 행이 서로에 대해 시프팅됨으로 인해 직선의 제한이 실현된다.
일부 추가적인 실시예에서, 비아는 행 내에서 동일한 거리를 두고 서로 연속된다.
예컨대, 행 내의 2개의 각 비아 사이의 일정한 간격과 결합된 동일한 형상 및 사이즈의 비아를 포함하는 규칙적인 패턴은 설계를 더 간소화시킨다. 이러한 전략에 따라서, 비아 구조물을 통하는 직접적인 경로의 방지를 달성하기 위해 오직 소수의 이웃 행이 요구된다. 예컨대, 단 3개의 이웃 행으로 충분할 수 있다.
일부 추가적인 실시예에서, 애퍼처 개구는 직사각형이고, 행의 종방향은, 애퍼처 개구에 의해 형성되는 직사각형의 변에 평행하다.
직사각형 감광 표면의 경우, 이 경우에도 직사각형 표면의 변을 따라서 그리고 모서리에서 직접적인 경로가 비아 구조물에 의해 제한되도록, 행은 감광 표면의 변에 평행하게 배열될 수 있다.
일부 실시예에서, 비아 구조물은 링 구조물을 포함한다.
링 구조물은, 링 구조물을 통해 직접적인 경로가 이어지지 않도록, 애퍼처 개구를, 그리고 따라서 감광 표면을, 완전히 둘러싸는 비아 구조물의 대안적인 방식이다. 예컨대, 반도체 바디와 하부 금속층을 상호연결하기 위해 제1 링이 배열될 수 있고, 하부 금속층과 상부 금속층을 상호연결하기 위해 제2 링이 배열될 수 있다. 또한, 링 구조물과 복수의 비아의 조합도, 가능성 있는 해결책을 제공한다. 예컨대, 링 구조물은 반도체 바디와 하부 금속층을 상호연결할 수 있고, 전술한 실시예 중 하나에 따른 개별 비아는 금속층을 상호연결한다.
일부 실시예에서, 비아 구조물의 적어도 부분은 도전성 물질, 특히 금속으로 제조된다.
본 개선된 개념에 따라서 감광 표면으로부터의 직접적인 경로를 제한하는 것 외에도, 비아는 통상적으로, ASIC의 요소와 같은, 반도체 바디의 회로 요소를 금속층에 전기적으로 연결하기 위해 사용된다. 예컨대, 전기적 연결은, 반도체 바디를 금속층의 콘택트 경로에 연결하는 비아를 통해 센서 디바이스의 판독 회로에 대한 전기적 액세스를 제공한다. 그러한 실시예에서의 비아는, 예를 들어, 기판 관통 비아, 블라인드 비아, 또는 다양한 비아이다.
일부 실시예에서, 금속층은, 하부 금속층과 상부 금속층 사이에 배열된 적어도 하나의 추가적인 금속층을 포함한다.
전기적 연결성을 더 증가시키기 위해 그리고/또는 감광 영역의 시야를 더 성형하기 위해, 수직 방향으로 금속층의 더 두꺼운 스택을 초래하는 추가적인 금속층이 사용될 수 있다. 개선 개념에 따라서, 이들 실시예에서의 비아 구조물은 금속층을 서로 상호연결하고, 금속층과 반도체 바디를 상호연결한다. 이러한 방식으로, 감광 영역에 평행하고 반도체 바디와 상부 금속층 사이의 감광 영역을 가로지르는 임의의 직선의 제한이 유지된다.
일부 실시예에서, 광학 센서 디바이스는, 추가적인 감광 영역, 및 추가적인 감광 영역 위의 금속층 내의 추가적인 애퍼처 개구를 더 포함한다. 또한, 이들 실시예에서의 광학 센서 디바이스는, 추가적인 애퍼처 개구 외부에 배열되고 금속층 및/또는 반도체 바디를 상호연결하는 추가적인 비아 구조물을 더 포함한다.
이들 실시예에서의 추가적인 비아 구조물은, 추가적인 감광 영역에 평행하고 추가적인 감광 영역과 상부 금속층 사이의 추가적인 애퍼처 영역을 가로지르는 임의의 직선이 양방향 둘 다에서 추가적인 비아 구조물에 의해 제한되는 방식으로 배열된다.
하나의 감광 영역을 갖는 센서 디바이스의 실시예와 유사하게, 본 개선된 개념은, 하나보다 더 많은 감광 영역을 포함하는 광학 센서 디바이스로 연장될 수 있다. 이들 다수의 감광 영역은, 예컨대, 다수의 집적 포토다이오드에 의해 제공될 수 있고, 각각은, 각 감광 영역으로부터의 임의의 직접적인 경로를 차단하는 비아 구조물을 포함한다. 이러한 방식으로, 감광 영역 각각과 반도체 바디 상의 ASIC 사이의 크로스토크가 방지될 뿐만 아니라, 감광 영역 사이의 크로스토크 또한 방지된다.
일부 실시예에서, 비아는 반도체 바디의 감광 영역, 추가적인 감광 영역, 및/또는 반도체 바디의 애플리케이션 특유 집적 회로(ASIC) 사이의 수평 광 전파를 제한하기 위한 수단으로서 배열된다.
이들 실시예에서의 광 전파는, 감광 영역에 평행하고 감광 영역과 상부 금속층 사이의 광학 센서 디바이스를 가로지르는 직선 내로 제한된다.
일부 실시예에서, 감광 영역은, 감광 영역 상에 입사되는 전자기 방사선, 특히, 가시광선, 자외선, 및/또는 적외선 스펙트럼 범위 내의 광에 기초하여 전기 신호를 생성하도록 구성된다.
응용예에 의존하여, 감광 영역은 광대역 민감도 또는 전자기 방사선의 특정 파장 범위 내의 민감도에 의해 특징지어질 수 있다.
본 개시의 목적은 또한, 전술한 실시예 중 하나에 따른 광학 센서 디바이스를 포함하는 전자 디바이스에 의해 해소된다.
그러한 전자 디바이스의 광학 센서 디바이스는, 예를 들어, 주변 광 센서, 근접 센서, 또는 타임-오브-플라이트 센서와 같은 광 센서로서 구성될 수 있다.
본 개시의 목적은 또한, 광학 센서 디바이스를 제조하기 위한 방법에 의해 해소된다. 방법은, 감광 영역을 갖는 반도체 바디를 제공하는 단계, 감광 영역 위에 금속층을 배열하는 단계를 포함하며, 금속층은 상부 금속층 및 하부 금속층을 포함한다. 이에 의해 상부 금속층은 하부 금속층보다 감광 영역으로부터 더 먼 거리에 위치되고, 감광 영역 위의 금속층 내에 애퍼처 개구가 배열된다. 방법은, 애퍼처 개구 외부에 비아 구조물을 배열하는 단계 더 포함하며, 비아 구조물은 금속층 및/또는 반도체 바디를 상호연결한다. 비아 구조물은, 감광 영역에 평행하고 감광 영역과 상부 금속층 사이의 애퍼처 개구를 가로지르는 임의의 직선이 양방향 둘 다에서 비아 구조물에 의해 제한되는 방식으로 배열된다.
방법의 추가적인 실시예는, 전술한 광학 센서 디바이스의 실시예로부터 당업자에게 명백해진다.
예시적인 실시예의 도면에 대한 다음의 설명은, 본 개선된 개념의 양상을 추가적으로 예시 및 설명할 수 있다. 동일 구조 및 동일한 효과를 갖는 광학 센서 디바이스의 컴포넌트 및 부분은 각각 등가 참조 기호로 나타난다. 상이한 도면에서 광학 센서 디바이스의 컴포넌트 및 부분이 기능의 관점에서 서로 대응하는 한, 그에 대한 설명은 그 이후의 도면 각각에 대해 반복되지 않는다.
도 1은, 본 개선된 개념에 따른 광학 센서 디바이스의 예시적인 실시예의 평면도를 도시한다.
도 2는 광학 센서 디바이스의 예시적인 실시예의 단면도를 도시한다.
도 3은 광학 센서 디바이스의 추가적인 예시적인 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4는, 본 개선된 개념에 따른 비아 구조물의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 5 내지 도 11은 비아 구조물의 추가적인 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 2는 광학 센서 디바이스의 예시적인 실시예의 단면도를 도시한다.
도 3은 광학 센서 디바이스의 추가적인 예시적인 실시예의 단면도를 도시한다.
도 4는, 본 개선된 개념에 따른 비아 구조물의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 5 내지 도 11은 비아 구조물의 추가적인 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다.
도 1은 광학 센서 디바이스(1)의 예시적인 실시예의 평면도를 도시한다. 도시된 디바이스(1)는, 감광 영역(11) 및 애플리케이션 특유 집적 회로(ASIC)(12)를 갖는 반도체 바디(10)를 포함한다. 예컨대, 반도체 바디(10)는 실리콘과 같은 반도체 물질의 기판 다이에 의해 제공된다. 감광 영역(11) 및 ASIC(12)의 회로부 요소는, 예컨대, 반도체 바디(10)의 표면 상에 또는 표면 밑에 배열되거나 표면 내에 부분적으로 배치된다. 감광 영역(11)은 포토다이오드의 광자 캡처 표면일 수 있다. 이 예에서, 감광 영역(11)은 직사각형 형상을 갖지만, 일반적으로 임의의 형상을 가질 수 있다.
반도체 바디(10)의 표면 위에, 즉, 반도체 바디(10)의 연장부의 주 평면에 수직인 수직 방향으로, 금속층(20)이 배열되며, 이는 이 도면에 도시되어 있지 않다. 이 실시예에서의 금속층은, 감광 영역(11)을 실질적으로 제외한 반도체 바디(10)를 커버하도록 구성된다. 이를 위해, 금속층(20)은, 감광 영역(11) 위에 배열되는 애퍼처 개구(24)를 포함한다. 파선으로서 도시된 애퍼처 개구(24)의 형상은, 이 실시예에서 감광 표면(11)의 형상에 대응한다.
도시된 광학 센서 디바이스(1)는, 복수의 비아(31)를 포함하는 비아 구조물(30)을 더 포함한다. 비아(31)는, 감광 영역(11)에 평행하고 감광 영역(11)과 금속층(20)의 상부 금속층(21) 사이의 애퍼처 개구(24)를 가로지르는 직선(S)에 의해 주어지는 임의의 직접적인 경로가 양방향 둘 다에서 비아(31)에 의해 제한되는 방식으로 배열된다.
비아(31)는, 기판 관통 비아, 블라인드 또는 매립형 비아, 트렌치, 및/또는 콘택트일 수 있다. 비아(31)는, 예컨대, 가시광선, 즉, 400nm 내지 800nm, 적외선, 즉, 800nm 내지 1000nm, 및/또는 자외선 영역, 즉, 200nm 내지 400nm 내의 특정 파장 범위에서 불투명한 물질로 충전될 수 있다. 비아(31) 중 일부는 금속과 같은 도전성 물질로 충전될 수 있다.
도 2는 광학 센서 디바이스(1)의 예시적인 실시예의 단면도를 도시한다. 이 단면도에, 반도체 바디(10)의 표면 위에 배열된 금속층(20)이 도시되어 있다. 이 실시예에서의 금속층은, 상부 금속층(21), 하부 금속층(22), 및 상부 금속층(21)과 하부 금속층(22) 사이에 배열된 추가적인 금속층(23)을 포함한다. 이 단면도에는, 반도체 바디(10)의 감광 표면(11) 위에 배열된 금속층(20)의 간극에 의해 규정되는 애퍼처 개구(24)가 또한 명백하게 도시되어 있다. 비아 구조물(30)의 비아(31)는 금속층(20)과 반도체 바디(10)를 상호연결한다. 예컨대, 비아(31) 중 일부는, 반도체 바디(10)의 회로부 요소, 예컨대, 판독 ASIC의 콘택트를, 반도체 바디(10)로부터 멀리 향하는 상부 금속층(21)의 표면 상에 배열된 콘택트 패드에 전기적으로 연결할 수 있다.
도 3은 광학 센서 디바이스(1)의 부분의 또 다른 단면도를 도시한다. 도면은, 도핑된 p형 반도체 영역과 n형 반도체 영역 사이의 진성 반도체 영역으로서의 얕은 트렌치 격리부(STI, shallow trench isolation)를 포함하는 종래의 집적 PIN 포토다이오드(13)의 사용을 도시한다. 그 안의 n형 반도체 영역은 광자 캡처 영역으로서의 역할을 하며, 따라서 애퍼처 개구(24)에 배열된다. 예컨대, 포토다이오드(13)의 표면 상에 배열된 콘택트 패드(14)는, 비아(31)에 의해 금속층(20)을 통해 상부 금속층(21) 상의 콘택트에 상호연결될 수 있는 전기 연결부를 제공한다.
도 4는, 본 개선된 개념에 따른 비아 구조물(30)의 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다. 이 예에서의 비아 구조물(30)의 비아(31)는 정사각형 단면을 가지며 행(R)으로 배열된다. 각 행(R) 내의 비아(31)의 패턴(P)은, 비아를 분리시키는 거리(D)에 의해 규정된다. 이 실시예에서, 비아 사이의 거리(D)는 행(R) 내에서 일정하다. 종방향이 정렬되고 이웃 라인에 대해 패턴(P)이 시프팅된 상태로 다수의 행(R)이 서로의 옆에 배열된다. 이는, 비아(31) 중 적어도 하나에 의해 제한되지 않는 비아 구조물을 통한 직접적인 경로가 존재하지 않는다는 바람직한 효과를 가능케 한다. 이는, 임의의 방향으로 임의의 점에서 일면 상의 비아 구조물(30)에 진입하는 광이 비아 구조물(30)을 통해 전파되어 반대측 상으로 나갈 수 없다는 것을 보장한다. 이는, 비아 구조물(30)에 진입하는 2개의 광 원뿔에 대한 어두운 영역에 의해 예시되어 있다.
도 5는 비아 구조물(30)의 추가적인 예시적인 실시예를 도시한다. 도 4에 대조적으로, 여기서 비아(31)는 원형 단면에 의해 특징지어진다. 통상적으로, 센서 디바이스(1)의 제조 공정 동안 사용되는 에천트의 특성으로 인해, 직사각형 단면으로 설계되는 비아(31)는, 둥근 모서리를 갖는 직사각형 단면 또는 타원형이나 원형 단면을 갖는 비아가 된다. 그러나, 이는, 이러한 경우에도 비아 구조물(30)을 통한 직접적인 경로가 방지되도록, 비아 구조물(30)의 설계 동안 고려될 수 있다.
도 6은 비아 구조물(30)의 추가적인 예시적인 실시예의 개략도를 도시한다. 이 도면에는, 행(R) 내의 비아(31)의 상이한 배열이 도시되어 있다. 행(R)은 배치 라인으로서의 목적으로 소용되며, 배치 라인을 따라서 미리 결정된 패턴(P)으로 비아가 배치될 수 있다. 배치 라인(R)은 직선 또는 아치일 수 있고, 서로에 대해 각도를 갖는 직선 선분을 포함할 수 있다. 비아(31)는, 각 패턴(P)에 의해 고정된 미리 결정된 거리(D)로 각 배치 라인을 따라 배열될 수 있다. 예컨대, 행(R)의 모든 비아(31) 사이의 거리(D)는 달라지거나 일정하다. 또한, 패턴(P)은, 미리 결정된 방향, 예컨대, 각 비아(31)의 위치에서 배치 라인에 수직인 방향으로의 비아의 시프트를 포함할 수 있다.
도 7 내지 도 9는 비아 구조물(30)의 S 섹션의 상이한 실시예를 도시한다. 예컨대, 도시된 섹션은, 직사각형 감광 영역(11)의 하나의 변을 따라 배열되는 섹션에 대응할 수 있다. 비아 구조물(30)은, 이 경우에는, 일정한 분리 거리로, 종방향이 정렬되고 이웃 라인에 대해 패턴(P)이 시프팅된 상태로, 서로의 옆에 배열되는 다수의 행(R)을 포함한다.
도 7은, 각 행(R) 내의 이웃 비아(31)에 대해 일정한 거리(D)를 두고 모두 배열되는 비아(31)의 패턴(P)에 의해 특징지어지는 비아 구조물(30)의 행(R)을 도시한다. 행(R) 중 적어도 하나를 그 종방향을 따라 시프팅함으로써, 적어도 하나의 비아(31)에 의한 비아 구조물(30)을 통하는 임의의 직선(S)의 제한이 달성된다.
도 8은, 제조가 완료된 후에 비아(31)의 정사각형 단면이 최종적인 원형 단면에 의해 대체되는 대안적인 실시예를 도시한다. 각각의 시프팅 거리(SD)만큼 행(R) 각각을 그 종방향으로 시프팅함으로써, 임의의 직선(S)의 전술한 제한이 여전히 달성된다.
도 9는, 각 행의 시프팅 거리(SD)의 적절한 선택에 의해 실현되는 비아 구조물의 상이한 결과적인 형상을 도시한다. 비아 구조물(30)의 섹션을 통한 직접적인 경로(S)의 의도된 방지를 달성하기 위해, 상이한 행 내의 이웃 비아는, 예컨대, V 파일, U 라인, 또는 날개 라인과 같은 라인 패턴을 형성할 수 있다.
도 10은 다수의 어레이 내의 비아 구조물(30)의 섹션의 배열을 도시한다. 예컨대 어레이 내의 감광 영역(11)의 하나의 변에 비아 구조물(30)의 섹션의 비아(31)를 배열하는 것은, 비아 구조물(30)을 통한 직접적인 경로(S)의 제한을 더 증가시킬 수 있다. 예컨대, 제1 어레이, 제2 어레이, 및 제3 어레이는 각 어레이 내의 개별 행(R)의 시프팅 거리(SD)의 관점에서 서로 상이하다. 예를 들어, 시프팅 거리(SD)는, 도 9에 도시된 예에 따른 상이한 라인 패턴을 실현하도록 선택된다. 또한, 어레이는 변화하는 어레이 간격(AS)으로 서로 분리될 수 있다.
도 11은, 직사각형 감광 표면(11)을 둘러싸는 비아(31)의 상이한 직사각형 배열을 도시한다. 모든 예는, 예컨대, 금속층(20)을 통해 감광 표면(11)의 연결부에 접촉하기 위한, 감광 표면(11) 위의 직사각형 단면을 갖는 비아(31)를 갖는다. 비아 구조물(30)을 통한 임의의 직선(S)의 제한을 달성하기 위해, 감광 영역(11)은, 감광 영역(11)에 평행하게 전파되는 임의의 광을 완전히 차단하는 링 구조물(32)에 의해 둘러싸일 수 있다. 이러한 접근법을 사용하면, 링 구조물(32) 내에 갭이 없으므로, 감광 표면(11)의 각 변에 단 하나의 행(R)이 요구된다. 대안적으로, 큰 비아 대 간극 비를 달성하고, 따라서, 예컨대, 감광 표면(11)의 각 변의 단 2개의 행(R)에 의해 비아 구조물(30)을 통한 임의의 직접적인 경로(S)를 효율적으로 제한하기 위해, 감광 영역(11) 외부의 비아(31)는 직사각형 단면일 수 있다. 엄격한 간격 제약이 없는 경우, 감광 표면(11)의 각 변에 다수의, 예컨대, 4개의 행(R)을 요구하는 대가로, 정사각형 또는 원형 단면 비아(31)가 선택될 수 있다.
도 1 내지 도 11에 도시되고 서술된 실시예는 광학 센서 디바이스(1) 및 비아 구조물(30)의 배열의 예시적인 실시예를 나타내며, 따라서, 본 개선된 개념에 따른 모든 실시예의 완전한 목록을 구성하지 않는다. 실제의 광학 센서 디바이스 및 비아 구조물 배열은, 예컨대, 형상, 사이즈, 및 물질의 관점에서, 도시된 실시예로부터 달라질 수 있다.
1
광학 센서 디바이스
10 반도체 바디
11 감광 영역
12 애플리케이션 특유 집적 회로(ASIC)
13 포토다이오드
14 콘택트 패드
20 금속층
21 상부 금속층
22 하부 금속층
23 추가적인 금속층
24 애퍼처 개구
30 비아 구조물
31 비아
32 링 구조물
AS 어레이 간격
D 거리
P 패턴
R 행
S 직선
SD 시프팅 거리
10 반도체 바디
11 감광 영역
12 애플리케이션 특유 집적 회로(ASIC)
13 포토다이오드
14 콘택트 패드
20 금속층
21 상부 금속층
22 하부 금속층
23 추가적인 금속층
24 애퍼처 개구
30 비아 구조물
31 비아
32 링 구조물
AS 어레이 간격
D 거리
P 패턴
R 행
S 직선
SD 시프팅 거리
Claims (15)
- 광학 센서 디바이스(1)에 있어서,
감광 영역(11)을 갖는 반도체 바디(10);
상기 감광 영역(11) 위에 배열되고 상부 금속층(21) 및 하부 금속층(22)을 포함하는 금속층(20) - 상기 상부 금속층(21)은 상기 하부 금속층(22)보다 상기 감광 영역(11)으로부터 더 먼 거리에 위치됨 - ;
상기 감광 영역(11) 위의 상기 금속층(20) 내의 애퍼처 개구(24);
상기 애퍼처 개구(24) 외부에 배열되고 상기 금속층(20) 및/또는 상기 반도체 바디(10)를 상호연결하는 비아 구조물(30)
을 포함하며;
상기 감광 영역(11)에 평행하고 상기 감광 영역(11)과 상기 상부 금속층(21) 사이의 상기 애퍼처 개구(24)를 가로지르는 임의의 직선(S)이 양방향 둘 다에서 상기 비아 구조물(30)에 의해 제한되는 방식으로 상기 비아 구조물(30)이 배열되는, 광학 센서 디바이스(1). - 제1항에 있어서, 상기 비아 구조물(30)은 복수의 비아(31)를 포함하는, 광학 센서 디바이스(1).
- 제2항에 있어서, 상기 복수의 비아(31) 각각은 직사각형, 특히 정사각형, 또는 원형 단면을 갖는, 광학 센서 디바이스(1).
- 제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 감광 영역(11)에 평행하고 상기 감광 영역(11)과 상기 상부 금속층(21) 사이의 상기 애퍼처 개구(24)를 가로지르는 임의의 직선(S)을 가로지르는 종방향을 따라서 상기 애퍼처 개구(24) 주위에 상기 복수의 비아(31)가 행(R)으로 배열되고;
상기 비아(31)는 상기 행(R) 내에서 거리를 두고 서로 연속되어, 상기 행(R) 각각에 대해 동일한 패턴(P)을 형성하고;
상기 행(R)은, 종방향이 정렬되고 상기 행(R) 중 이웃 행의 패턴(P)이 서로에 종방향으로 시프팅된 상태로, 서로의 옆에 배열되는, 광학 센서 디바이스(1). - 제4항에 있어서, 상기 비아(31)는 상기 행(R) 내에서 동일한 거리(D)를 두고 서로 연속되는, 광학 센서 디바이스(1).
- 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 애퍼처 개구(24)는 직사각형이고;
상기 행(R)의 종방향은, 상기 애퍼처 개구(24)에 의해 형성되는 직사각형의 변에 평행한, 광학 센서 디바이스(1). - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비아 구조물(30)은 링 구조물(32)을 포함하는, 광학 센서 디바이스(1).
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비아 구조물(30)의 적어도 부분은 도전성 물질, 특히 금속으로 제조되는, 광학 센서 디바이스(1).
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층(20)은, 상기 상부 금속층(21)과 상기 하부 금속층(22) 사이에 배열되는 적어도 하나의 추가적인 금속층(23)을 포함하는, 광학 센서 디바이스(1).
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
추가적인 감광 영역;
상기 추가적인 감광 영역 위의 금속층 내의 추가적인 애퍼처 개구; 및
상기 추가적인 애퍼처 개구 외부에 배열되고 상기 금속층(20) 및/또는 상기 반도체 바디(10)를 상호연결하는 추가적인 비아 구조물
을 더 포함하며;
상기 추가적인 감광 영역에 평행하고 상기 추가적인 감광 영역과 상기 상부 금속층(21) 사이의 상기 추가적인 애퍼처 영역을 가로지르는 임의의 직선이 양방향 둘 다에서 상기 추가적인 비아 구조물에 의해 제한되는 방식으로 상기 추가적인 비아 구조물이 배열되는, 광학 센서 디바이스(1). - 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비아 구조물(30)은, 상기 감광 영역(11), 상기 반도체 바디(10)의 추가적인 감광 영역, 및/또는 상기 반도체 바디(10)의 애플리케이션 특유 집적 회로(ASIC)(12) 사이의 수평 광 전파를 제한하기 위한 수단으로서 배열되고, 상기 광 전파는, 상기 감광 영역에 평행하고 상기 감광 영역(11)과 상기 상부 금속층(21) 사이의 상기 광학 센서 디바이스(1)를 가로지르는 직선(s) 내로 제한되는, 광학 센서 디바이스(1).
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 감광 영역(11)은, 상기 감광 영역(11) 상에 입사되는 전자기 방사선, 특히, 가시광선, 자외선, 및/또는 적외선 스펙트럼 범위 내의 광에 기초하여 전기 신호를 생성하도록 구성되는, 광학 센서 디바이스(1).
- 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 광학 센서 디바이스(1)를 포함하는 전자 디바이스.
- 제13항에 있어서, 상기 광학 센서 디바이스(1)는, 주변 광 센서, 근접 센서, 또는 타임-오브-플라이트(time-of-flight) 센서와 같은 광 센서로서 구성되는, 전자 디바이스.
- 광학 센서 디바이스(1)를 제조하기 위한 방법에 있어서,
감광 영역(11)을 포함하는 반도체 바디(10)를 제공하는 단계;
상기 감광 영역(11) 위에 금속층(20)을 배열하는 단계로서, 상기 금속층(20)은,
상부 금속층(21) 및 하부 금속층(22) - 상기 상부 금속층(21)은 상기 하부 금속층(22)보다 상기 감광 영역(11)으로부터 더 먼 거리에 위치됨 - ; 및
상기 감광 영역(11) 위의 상기 금속층(20) 내의 애퍼처 개구(24)
를 포함하는, 상기 금속층(20)을 배열하는 단계; 및
상기 애퍼처 개구(24) 외부에 비아 구조물(30)을 배열하는 단계 - 상기 비아 구조물(30)은 상기 금속층(20) 및/또는 상기 반도체 바디(10)를 상호연결함 -
를 포함하며;
상기 감광 영역(11)에 평행하고 상기 감광 영역(11)과 상기 상부 금속층(21) 사이의 상기 애퍼처 개구(24)를 가로지르는 임의의 직선(s)이 양방향 둘 다에서 상기 비아 구조물(30)에 의해 제한되는 방식으로 상기 비아 구조물(30)이 배열되는, 광학 센서 디바이스(1)를 제조하기 위한 방법.
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|---|---|---|---|
| EP18202693.0A EP3644365A1 (en) | 2018-10-25 | 2018-10-25 | Optical sensor device and method for manufacturing an optical sensor device |
| EP18202693.0 | 2018-10-25 | ||
| PCT/EP2019/076278 WO2020083606A1 (en) | 2018-10-25 | 2019-09-27 | Optical sensor device and method for manufacturing an optical sensor device |
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Citations (3)
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| KR20160088821A (ko) * | 2015-01-16 | 2016-07-26 | 퍼스널 제노믹스 타이완, 아이엔씨. | 광-가이딩 피쳐를 갖는 광학 센서 그 제조 방법 |
| US20160299008A1 (en) * | 2013-11-13 | 2016-10-13 | Ams Ag | Light sensor arrangement and spectrometer |
| US20170336317A1 (en) * | 2016-05-23 | 2017-11-23 | Fraunhofer-Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. | Colour sensor with angle-selective structures |
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