KR20220005978A - 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서는, 기판; 기판 상에 배치된 컬러 필터 유닛들; 및 기판 상에 배치되고, 컬러 필터 유닛들 각각을 둘러싸는 격자 구조를 포함한다. 격자 구조는, 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 기판 상에 배치된 제1 격벽; 및 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 제1 격벽 바로 위에 배치된 제2 격벽을 포함한다. 제2 격벽의 상단 폭은 제2 격벽의 하단 폭보다 더 작다.

Description

이미지 센서{IMAGE SENSOR}
본 개시내용은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히, 이미지 센서의 격자 구조를 위한 설계에 관한 것이다.
이미지 센서들, 이를테면 상보형 금속 산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서들(CIS로 또한 알려져 있음)은 디지털 스틸-이미지 카메라들, 디지털 비디오 카메라들 등과 같은 다양한 이미지-캡처링 장치들에서 널리 사용된다. 이미지 센서 내의 감광 유닛(light-sensing unit)들은 주변의 컬러 변화를 검출할 수 있고, 감광 유닛들에 의해 수용된 광의 양에 따라 신호 전하들이 생성될 수 있다. 추가하여, 감광 유닛들에 의해 생성된 신호 전하들이 송신 및 증폭될 수 있고, 이에 의해, 이미지 신호가 획득된다.
산업 요구를 충족시키기 위해, 픽셀 사이즈가 계속해서 감소되는 한편, 픽셀 해상도는 계속해서 향상되었다. 우수한 레벨의 성능을 유지하기 위해, 인접 컬러 필터 유닛들로부터의 광선들의 간섭 없이 효과적으로 광을 수용하도록, 진입 광선들이 각각의 컬러 필터 유닛 내에 집중되어야 한다. 각각의 컬러 필터 유닛은 격자 구조에 의해 구획화되며, 이는 컬러 필터 유닛들의 굴절률(refractive index)보다 더 낮은 굴절률을 갖는다. 광선들이 더 높은 굴절률을 갖는 매체들을 향해 지향되는 경향이 있기 때문에, 격자 구조는 잠재적인 광선들이 인접 컬러 필터 유닛들을 간섭하는 것을 저지할 수 있다. 그러나, 계속해서 축소되는 사이즈를 갖는 픽셀들을 수용하기 위해, 격자 구조를 설계하는 더 혁신적인 방식들이 요구된다.
일 실시예에서, 이미지 센서는, 기판; 기판 상에 배치된 컬러 필터 유닛들; 및 기판 상에 배치되고, 컬러 필터 유닛들 각각을 둘러싸는 격자 구조(grid structure)를 포함한다. 격자 구조는, 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 기판 상에 배치된 제1 격벽(a first partition wall); 및 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 제1 격벽 바로 위에 배치된 제2 격벽을 포함한다. 제2 격벽의 상단 폭은 제2 격벽의 하단 폭보다 더 작다.
또 다른 실시예에서, 이미지 센서는, 기판; 기판 상에 배치된 컬러 필터 유닛들; 및 기판 상에 배치되고, 컬러 필터 유닛들 각각을 둘러싸는 격자 구조를 포함한다. 격자 구조는, 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 기판 상에 배치되고, 베이스 폭을 갖고, 기판에 대해 수직인 측부 표면을 갖는 제1 격벽; 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 제1 격벽 바로 위에 배치되고, 기판에 대해 경사진 측부 표면을 갖는 제2 격벽; 및 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 제2 격벽 바로 위에 배치되고, 제1 폭을 갖는 제3 격벽을 포함하며, 여기서, 제1 폭은 베이스 폭보다 더 작다.
본 개시내용은 첨부 도면들과 함께 읽을 때 다음의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해될 수 있다. 업계의 표준 관행에 따라, 다양한 특징부들이 실척대로 도시된 것이 아님을 유의하는 것이 유용하다. 실제로, 다양한 특징부들의 치수들은 논의의 명확성을 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 2는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 3은 본 개시내용의 또 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 2개의 이미지 센서들 사이의 양자 효율 플롯들의 비교이다.
도 5는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 6은 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
다음의 개시내용은 제공되는 내용의 상이한 특징들을 구현하기 위한 다수의 상이한 실시예들 또는 예들을 제공한다. 컴포넌트들 및 배열들의 특정 예들이 본 개시내용을 간략화하기 위해 아래에서 설명된다. 이들은, 당연히, 단지 예들일 뿐이고, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 예컨대, 다음의 설명에서 제1 특징부가 제2 특징부 상에 형성되는 것은, 제1 특징부와 제2 특징부가 직접적으로 접촉하게 형성되는 실시예들을 포함할 수 있고, 또한, 제1 특징부와 제2 특징부가 직접적으로 접촉하지 않을 수 있도록 제1 특징부와 제2 특징부 사이에 부가적인 특징부들이 형성될 수 있는 실시예들을 포함할 수 있다.
부가적인 단계들이 예시된 방법들 전에, 동안에, 또는 후에 구현될 수 있고, 일부 단계들이 예시된 방법들의 다른 실시예들에서 대체 또는 생략될 수 있음이 이해되어야 한다.
또한, "밑", "아래", "하부", "상", "위", "상부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어들은, 도면들에 예시되는 바와 같은, 하나의 엘리먼트 또는 특징부와 다른 엘리먼트들 또는 특징부의 관계를 설명하기 위한 설명의 편의를 위해 본원에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어들은, 도면들에 도시된 배향 이외에, 사용 또는 동작 중인 디바이스의 상이한 배향들을 포함하도록 의도된다. 장치는 달리(90도 회전되거나 또는 다른 배향들로) 배향될 수 있고, 본원에서 사용되는 공간적으로 상대적인 설명자들은 그에 따라 유사하게 해석될 수 있다.
본 개시내용에서, "약", "대략", 및 "실질적으로"라는 용어들은, 전형적으로는 명시된 값의 ±20%, 더 전형적으로는 명시된 값의 ±10%, 더 전형적으로는 명시된 값의 ±5%, 더 전형적으로는 명시된 값의 ±3%, 더 전형적으로는 명시된 값의 ±2%, 더 전형적으로는 명시된 값의 ±1%, 그리고 한층 더 전형적으로는 명시된 값의 ±0.5%를 의미한다. 본 개시내용의 명시된 값은 대략적인 값이다. 즉, "약", "대략", 및 "실질적으로"라는 용어들의 구체적인 설명이 없는 경우, 명시된 값은 "약", "대략", 또는 "실질적으로"의 의미를 포함한다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 용어들(기술적 및 과학적 용어들을 포함함)은 본 개시내용에 속해 있는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 의미와 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전들에서 정의되는 용어들과 같은 용어들은 종래 기술의 정황에서의 이들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 본 개시내용의 실시예들에서 명백히 정의되지 않는 한, 이상적이거나 또는 과도하게 공식적인 의미로 해석되지 않을 것임이 이해되어야 한다.
본 개시내용은 실시예들에서 참조 번호들 및/또는 후속 문자들을 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순성 및 명확성의 목적을 위한 것이고, 그 자체로, 논의되는 다양한 실시예들 및/또는 구성들 사이의 관계를 지시하는 것은 아니다.
격자 구조(또는 파티션 격자 구조)는 통상적으로 (대응하는 센서 유닛의) 각각의 컬러 필터 유닛을 서로 분리하고, 그에 따라, 입사 광들이 인접 센서 유닛들에 의해 영향을 받지 않으면서 각각의 센서 유닛의 원하는 컬러로 변환될 수 있다. 그러나, 시장에서는 더 작은 픽셀 사이즈들을 갖는 이미지 센서들이 요구되며, 이는 각각의 컬러 필터 유닛 내의 입사 광선들이 인접 컬러 필터 유닛에 진입할 확률을 간접적으로 상승시키고, 이는 바람직하지 않다. 광선들이 각각의 컬러 필터 유닛 아래에 놓인 감지 유닛에 의해 충분히 수용되지 않을 때, 이미지 센서의 양자 효율이 저하될 것이다. 또한, 컬러 필터 유닛들 사이의 광 간섭이 또한 크로스 토크(cross talk)를 증가시킬 수 있으며, 이는 이미지 센서의 전체 성능을 손상시킨다. 본 개시내용은 위의 문제들을 해결하기 위해 격자 구조의 여러 혁신적인 설계들을 제공한다. 본 개시내용의 격자 구조는 각각의 컬러 필터 유닛 내의 진입 광선들을 대응하는 감지 유닛 상에 집중시키고, 이에 의해, 양자 효율을 향상시키고 크로스 토크를 제거하여, 더 우수한 성능을 갖는 이미지 센서를 생성할 수 있다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다. 이미지 센서는 실제로 수백만 개의 센서 유닛들을 포함할 수 있다. 도 1은 실제 이미지 센서의 일부만을 나타낸다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 이미지 센서(10)는 기판(100), 복수의 감지 유닛들(102), 반사-방지 층(104), 컬러 필터 유닛들(106), 차광 구조(108), 격자 구조(110), 및 복수의 마이크로-렌즈들(120)을 포함한다. 본 실시예에서, 격자 구조(110)는, 순차적으로 적층된, 제1 격벽(112), 제2 격벽(114), 및 제3 격벽(116)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 제1 격벽(112) 및 제3 격벽(116)은 직사각형 단면들을 갖는 한편, 제2 격벽(114)은 사다리꼴 단면을 갖는다. 제1 격벽(112)은 베이스 폭(W)을 갖는 한편, 제3 격벽(116)은 제1 폭(W1)을 갖는다. 베이스 폭(W)은 제1 폭(W1)보다 더 크다. 추가적으로, 제2 격벽(114)의 하단 폭은 베이스 폭(W)과 동일하고, 제2 격벽(114)의 상단 폭은 제1 폭(W1)과 동일하다.
도 1을 참조한다. 일부 실시예들에서, 이미지 센서(10)는 기판(100)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 기판(100)은, 예컨대, 웨이퍼 또는 칩일 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 기판(100)은 반도체 기판, 예컨대 실리콘 기판일 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 반도체 기판은 또한, 게르마늄을 포함하는 원소 반도체, 갈륨 질화물(GaN), 실리콘 탄화물(SiC), 갈륨 비화물(GaAs), 갈륨 인화물(GaP), 인듐 인화물(InP), 인듐 비화물(InAs) 및/또는 인듐 안티몬화물(InSb)을 포함하는 화합물 반도체, 실리콘 게르마늄(SiGe) 합금, 갈륨 비화물 인화물(GaAsP) 합금, 알루미늄 인듐 비화물(AlInAs) 합금, 알루미늄 갈륨 비화물(AlGaAs) 합금, 갈륨 인듐 비화물(GaInAs) 합금, 갈륨 인듐 인화물(GaInP) 합금 및/또는 갈륨 인듐 비화물 인화물(GaInAsP) 합금을 포함하는 합금 반도체, 또는 이들의 조합일 수 있다.
다른 실시예들에서, 기판(100)은 실리콘-온-인슐레이터(SOI) 기판일 수 있다. 실리콘-온-인슐레이터 기판은 베이스 플레이트, 베이스 플레이트 상에 배치된 매설 산화물 층, 및 매설 산화물 층 상에 배치된 반도체 층을 포함할 수 있다. 또한, 기판(100)은 N-타입 또는 P-타입 전도성 타입일 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판(100)은, 활성 영역들을 정의하고, 기판(100) 내의 또는 위의 활성 영역 엘리먼트들을 전기적으로 격리하기 위해, 다양한 격리 엘리먼트들(미도시)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 격리 엘리먼트들은 섈로우 트렌치 격리(shallow trench isolation, STI) 엘리먼트들, 실리콘 국부 산화(local oxidation of silicon, LOCOS) 엘리먼트들, 다른 적합한 격리 엘리먼트들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 격리 엘리먼트들의 형성은, 예컨대, 기판(100) 상에 절연 층을 형성하는 것, 절연 층 및 기판(100)을 선택적으로 에칭하여 기판(100) 내에 트렌치들을 형성하는 것, 트렌치들에 풍부한 질소-함유(이를테면, 실리콘 산질화물) 라이너들을 성장시키는 것, 및 증착 프로세스들에 의해 트렌치들 내에 절연 재료들(이를테면, 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물, 또는 실리콘 산질화물)을 충전한 후에, 트렌치들 내의 절연 재료들에 대해 어닐링 프로세스들을 수행하는 것, 및 기판(100)에 대해 평탄화 프로세스들을 수행하여 과도한 절연 재료들을 제거함으로써, 트렌치들 내의 절연 재료들이 기판(100)의 최상부 표면과 동일한 높이에 있게 하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판(100)은, 예컨대, 이온 주입 및/또는 확산 프로세스로 형성된 다양한 P-타입 도핑 영역들 및/또는 N-타입 도핑 영역들(미도시)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 트랜지스터들, 포토다이오드들 등이 격리 엘리먼트들에 의해 정의된 활성 영역들에 형성될 수 있다.
복수의 감지 유닛들(102)은 기판(100)에 매립될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 감지 유닛들(102)은 포토다이오드들이다. 감지 유닛들(102) 각각은 광을 감지하고, 그 각각 상에 떨어지는 광의 세기에 따라 세기 신호를 생성하도록 구성된다. 이미지 신호는 세기 신호들에 의해 형성된다.
반사-방지 층(104)은 기판(100) 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 반사-방지 층(104)은 복수의 감지 유닛들(102)로 투과되는 광의 반사를 감소시키도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 반사-방지 층(104)은 감지 유닛들(102)의 어레이에 대응하여 수평으로(또는 그 어레이에 대해 평행하게) 배치된다. 일부 실시예들에서, 반사-방지 층(104)의 재료들은 SiOxNy(여기서, x 및 y는 0 내지 1의 범위임)를 포함할 수 있다. 반사-방지 층(104)은 임의의 적합한 증착 프로세스들에 의해 형성될 수 있다.
일부 실시예들에서, 이미지 센서(10)는 반사-방지 층(104) 및 기판(100) 상에 배치되고 감지 유닛들(102)의 어레이에 대응하는 컬러 필터 유닛들(106)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컬러 필터 유닛들(106)의 높이는 대략 0.3 μm 내지 2.0 μm일 수 있다. 일부 실시예들에서, 컬러 필터 유닛들(106)은 적색, 녹색, 청색, 백색, 또는 적외선으로 착색될(colored) 수 있다. 컬러 필터 유닛들(106) 각각은 이미지 센서(10)의 각각의 감지 유닛(102)에 대응할 수 있고, 유닛의 컬러는 이미지 센서(10)의 요건에 따라 좌우된다. 포토다이오드들과 같은 각각의 감지 유닛들(102)은 수용된 광 신호들을 전기 신호들로 변환할 수 있다.
일부 실시예들에서, 컬러 필터 유닛들(106) 각각은 미리 결정된 범위의 광 파장들이 통과할 수 있게 한다. 예컨대, 적색 컬러 필터 유닛들은 620 nm 내지 750 nm의 범위의 광(적색 광)의 파장들이 대응하는 감지 유닛들(102)로 투과할 수 있게 하고, 녹색 컬러 필터 유닛들은 495 nm 내지 570 nm의 범위의 광(녹색 광)의 파장들이 대응하는 감지 유닛들(102)로 투과할 수 있게 하고, 청색 컬러 필터 유닛들은 450 nm 내지 495 nm의 범위의 광(청색 광)의 파장들이 대응하는 감지 유닛들(102)로 투과할 수 있게 한다.
도 1을 참조한다. 격자 구조(110)는 컬러 필터 유닛들(106) 사이에 배치된다. 일부 실시예들에서, 격자 구조(110)는 컬러 필터 유닛들(106) 각각에 그리고 그 각각 주위에 연결된다. 더욱이, 격자 구조(110)는 반사-방지 층(104) 및 기판(100) 상에 배치되고, 감지 유닛들(102)의 어레이 바로 위의 영역들을 노출시켜서 감지 유닛들(102)의 어레이를 구획화한다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 격자 구조(110)는 컬러 필터 유닛들(106)보다 더 낮은 굴절률을 가질 수 있다. 굴절률은 광의 속도를 변화시키는 물질의 특성이고, 진공 내의 광의 속도를 물질 내의 광의 속도로 나누어 획득된 값이다. 광이 일정 각도로 2개의 상이한 재료들 사이에서 이동할 때, 이의 굴절률은 광 투과의 각도(굴절)를 결정한다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 격자 구조(110)의 굴절률은 대략적으로 약 1.0 내지 약 1.5인 한편, 컬러 필터 유닛(106)의 굴절률은 약 1.3 내지 약 2.0이다. 광들이 더 높은 굴절률을 갖는 매체를 향해 지향되는 경향이 있기 때문에, 컬러 필터 유닛들(106) 및 격자 구조(110)는 광들을 복수의 감지 유닛들(102)로 인도하기 위한 광 파이프 구조를 형성할 수 있다. 다시 말하면, 입사 광선들이 컬러 필터 유닛들(106)에 진입할 때, 격자 구조(110)는 특정 컬러 필터 유닛(106) 내의 입사 광선들을 격리하여 광-포획 기능의 역할을 할 수 있다.
격자 구조(110)의 재료는 투명한 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 격자 구조(110)의 재료들은 실리카 볼(silica ball) 및 기포(무기 재료로 도핑된 재료), 또는 폴리실록산을 포함할 수 있다. 먼저, 격자 재료 층이 반사-방지 층(104) 상에 코팅된다. 다음으로, 마스크 층(미도시)이 격자 재료 층 상에 코팅된다. 일부 실시예들에서, 마스크 층의 재료는 포토레지스트이다. 패터닝을 위해 마스크 층에 대해 포토리소그래피 프로세스가 수행된다. 다음으로, 패터닝된 하드 마스크 층을 사용하여 격자 재료 층에 대해 에칭 프로세스가 수행된다. 에칭 프로세스는 건식 에칭일 수 있다. 에칭 프로세스 후에, 격자 재료 층의 일부가 반사-방지 층(104) 상에서 제거되고, 격자 재료 층에 다수의 개구들이 형성된다. 개구들은 후속하여 컬러 필터 유닛들(106)로 충전될 것이다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 상이한 폭들을 갖는 직사각형 격벽들(제1 격벽(112) 및 제3 격벽(116))을 형성하기 위해 다수의 포토리소그래피 및 에칭 프로세스들이 구현될 수 있다. 또한, 상이한 탄소 결합들을 갖는 재료 층들의 증착 후에 상이한 불소 이온 농도들의 에칭 가스로 에칭하는 것은 사다리꼴 격벽(제2 격벽(114))을 생성할 수 있다.
이전에 언급된 바와 같이, 본 실시예는 격자 구조(110)를 설계하는 혁신적인 방법을 제공한다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 제3 격벽(116)의 제1 폭(W1)은 제1 격벽(112)의 베이스 폭(W)보다 대략 20% 내지 60%, 예컨대 대략 20% 내지 50%만큼 더 작다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 베이스 폭(W) 및 제1 폭(W1)은 기판(100)에 평행한 횡 방향(transversal direction)으로 측정된다. 제2 격벽(114)은 제1 격벽(110)과 제3 격벽(116) 사이에 배치된다. 예컨대, 제1 격벽(112)은 제2 격벽(114)의 하단에 접해 있는 한편, 제3 격벽(116)은 제2 격벽(114)의 상단에 접해 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 제2 격벽(114)의 상단 폭은 제3 격벽(116)의 제1 폭(W1)과 동일하고, 제2 격벽(114)의 하단 폭은 제1 격벽(112)의 베이스 폭(W)과 동일하다. 제3 격벽(116)의 제1 폭(W1)이 제1 격벽(112)의 베이스 폭(W)보다 더 작기 때문에, 그에 따라, 제2 격벽(114)의 상단 폭은 제2 격벽(114)의 하단 폭보다 더 작다. 따라서, 제2 격벽(114)은 기판(100)에 대해 경사진 측부 표면을 갖고, 그에 따라, 제2 격벽(114)의 단면은 사다리꼴로 나타난다. 본 개시내용의 결과적인 격자 구조(110)는 기판(100)에 대해 수직 측부 표면 및 경사진 측부 표면 둘 모두를 포함하는 측벽을 갖는다.
일부 실시예들에서, 차광 구조(108)는 격자 구조(110) 내에 매립될 수 있고, 세부사항들이 후속하여 설명될 것이다. 종래의 격자 구조는 단일 직사각형 단면을 갖는다. 애플리케이션 요건으로 인해, 때때로 차광 구조가 시프트될수 있다. 차광 구조의 시프트 설계를 수용하기 위해, 격자 구조는 충분히 넓을 필요가 있다. 그러나, 격자 구조가 너무 넓은 경우, 이미 감소된 컬러 필터 유닛들의 치수가 더 압축될 수 있다. 컬러 필터 유닛들의 치수가 너무 작을 때, 전체 이미지 센서의 성능이 심각하게 영향을 받을 수 있다. 격자 구조(110)를 상이한 폭의 다양한 부분들을 갖도록 설계함으로써, 차광 구조의 시프트 설계를 위한 프로세스 윈도우가 개선될 수 있을 뿐만 아니라, 컬러 필터 유닛들의 치수가 이미지 센서의 성능을 유지하기에 충분한 정도로 유지될 수 있다. 또한, 본 개시내용의 격자 구조(110)는 컬러 필터 유닛들(106) 각각이 깔때기 형상으로 형성되게 한다. 입사 광들이 강제로 컬러 필터 유닛(106) 안으로 "깔때기"를 통과하게 될 때, 광선들은 각각의 감지 유닛(102)을 향해 점차적으로 집중될 수 있다.
이전에 언급된 바와 같이, 본 개시내용의 격자 구조(110)는 양자 효율(quantum efficiency)을 향상시키고 크로스 토크를 제거할 수 있다. 일부 실시예들에서, 양자 효율은 광전 전달 효율(photoelectrical transferring efficiency)이며, 이는 입사 광들이 전기 신호로 얼마나 효율적으로 변환될 수 있는지에 대한 척도이다. 크로스 토크는 다른 광 컬러의 신호가 원하는 광 컬러를 간섭하는 것의 판독이다. 다시 말하면, 더 낮은 양자 효율 및 더 높은 크로스 토크는 이들이 이미지 센서들의 성능에 영향을 미칠 수 있기 때문에 바람직하지 않은 특성들이다. 격자 구조(110)는 위의 문제들을 효과적으로 해결하여 양자 효율을 높이고 크로스 토크를 감소시킨다.
그러나, 격자 구조(110)가 함께 적층된 상이한 폭들의 다수의 직사각형 격벽들만을 포함하는 경우, 격자 구조는 계단 형태가 될 수 있다. 입사 광들이 수평 계단형 표면 상으로 투과될 때, 광선들은 하부 감지 유닛(102)으로부터 반사될 수 있다. 이러한 반사가 크로스 토크를 제거할 수 있지만, 양자 효율은 크게 개선되지 않을 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 상이한 위치들의 2개의 수직 측부 표면들을 연결하기 위해 경사진 측부 표면을 사용하는 것은 광-누설 문제를 완화할 수 있으며, 컬러 필터 유닛들(106)에서의 도파관 효과(waveguide effect) 및 컬러 필터 유닛들(106)을 통과하는 광의 양이 개선된다. 또한, 수직 측부 표면과 경사진 측부 표면 둘 모두의 통합은 업계의 더 많은 애플리케이션 요구들에 순응하도록 이미지 센서(10)의 설계 유연성을 증가시킬 수 있다.
도 1을 참조한다. 격자 구조(110)는 총 높이(H)를 갖는 한편, 제1 격벽(112)은 제1 높이(H1)를 갖는다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 제1 격벽(112)의 제1 높이(H1)는, 크로스 토크 효과가 활성 영역들의 에지에서 크게 증가될 수 있기 때문에, 크로스 토크를 제거하기 위해, 격자 구조(110)의 총 높이(H)보다 대략 60% 내지 80%만큼 더 낮다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 제2 격벽(114)의 경사진 측부 표면은 광-누설 문제를 완화하기 위해 기판(100)에 대해 대략 20° 내지 75°의 내각(θ)을 갖는다. 정의된 파라미터들(예컨대, 베이스 폭(W), 제1 폭(W1), 및 내각(θ))에 기초하여, 제2 격벽(114)의 높이(본원에서는 H_114로 약칭됨)는 다음의 방정식에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00001
방정식 (1)에서, 베이스 폭(W)과 제1 폭(W1) 사이의 차이는 제1 격벽(112)이 제3 격벽(116)의 대향 측벽들을 넘어서 측방향으로 얼마나 많이 돌출되는지를 정의한다. 그 차이의 절반은 제1 격벽(112)이 제3 격벽(116)의 단일 측부를 넘어서 측방향으로 얼마나 많이 돌출되는지를 정의한다. 삼각 법칙들에 기초하여, 단일 측부 상의 돌출 치수에 내각(θ)의 탄젠트를 곱하여 제2 격벽(114)의 높이가 획득될 수 있다.
방정식 (1)로부터, 제3 격벽(116)의 높이(본원에서는 H_116으로 약칭됨)는 다음의 방정식에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00002
방정식 (2)에서, 제3 격벽(116)의 높이는 격자 구조(110)의 총 높이(H)에서 제1 높이(H1) 및 제2 격벽(114)의 높이를 감산함으로써 간단히 계산될 수 있다.
경사진 표면들을 갖는 제2 격벽(114)을 형성하기 위해, 본 발명자는 상이한 재료들과 상이한 에칭 가스 사이의 화학 반응들에 대한 다양한 특성들을 활용한다. 초기에, 상이한 탄소 결합들을 갖는 다양한 층들을 포함하도록 격벽 재료 층이 코팅될 수 있으며, 이들 층들의 재료는 상이할 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 불소 이온들이 강한 활성 가스로서 에칭기 챔버 내로 도입될 수 있으며, 여기서, 불소 이온 농도는 전체 에칭 프로세스 전반에 걸쳐 일정하게 조정될 수 있다. 일부 실시예들에서, 불소 이온들이 탄소 결합들과 접촉하게 될 때, 화학 반응이 발생하여 경화된 탄소 재료를 생성할 것이며, 이는 에칭되기 어렵다.
예컨대, 격벽 재료 층의 탄소 결합들은 하단에서 가장 많은 양을 갖고 상단으로 갈수록 점차적으로 감소되도록 배열될 수 있으며, 이는 내림차순의 탄소 결합들을 갖는 재료 층들의 연속적인 증착에 의해 달성될 수 있다. 에칭 동안, 활성 가스 내의 불소 이온은 가장 적은 양의 탄소 결합들을 갖는 최상단 재료 층을 에칭하기 위해 가장 높은 농도로 시작될 수 있다. 에칭이 증가되는 탄소 결합들을 갖는 하부 재료 층들을 에칭하도록 진행됨에 따라, 활성 가스 내의 불소 이온이 대응하여 낮아질 수 있다. 이러한 조건들 하에서, 처음에는, 더 적은 경화된 탄소 재료가 생성되기 때문에, 격자 재료의 더 많은 영역이 에칭될 수 있다. 그러나, 끝 무렵에는, 더 많은 경화된 탄소 재료가 생생되기 때문에, 격자 재료의 최소 영역이 에칭될 수 있다. 불소 이온 농도 및 탄소 결합들을 정확하게 계산하고, 재료 에칭 레이트를 사용하여 에칭 시간을 정밀하게 제어함으로써, 제2 격벽(114)의 경사진 측부 표면이 형성될 수 있다. 탄소 결합들의 양은 제2 격벽(114)의 재료의 굴절률에 영향을 미치지 않는다는 점에 유의한다.
제2 격벽(114)을 형성하기 위한 본 개시내용의 특정 실시예에 따르면, 격자 재료 층의 대략 10% 내지 30%가 순차적으로 증착될 수 있다. 최하단 재료 층은 약 40% 내지 80%의 탄소 결합 농도를 갖는 에어 실리카 볼(air silica ball)(무기 재료로 도핑된 재료)을 포함할 수 있다. 최상단 재료 층은 약 20% 내지 60%의 탄소 결합 농도를 갖는 폴리실록산, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르, 3-메톡시-1-부탄올을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 에칭 프로세스는 최상단 재료 층을 에칭하는 것으로부터 시작될 수 있으며, 이 동안, 에칭 가스는 약 15% 내지 30%의 불소 이온 농도를 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, CH2F2, CHF3, CH3F, CO2, O2, H2, Ar 등, 또는 이들의 조합의 에칭 가스가 또한 사용될 수 있다. 최상단 재료 층 바로 아래에 있는 재료 층을 에칭할 때, 불소 이온 농도는 대략 30% 내지 50%만큼 감소될 수 있다. 최하단 재료 층을 에칭할 때, 불소 이온 농도는 제로(zero)로 조정될 수 있다.
도 1을 참조한다. 차광 구조(108)는 컬러 필터 유닛들(106) 사이에서 반사-방지 층(104) 및 기판(100) 상에 배치된다. 본 개시내용의 일부 실시예들에서, 차광 구조(108)는 컬러 필터 유닛들(106) 각각을 구획화하는 격자 형태이다. 일부 실시예들에서, 차광 구조(108)는 격자 구조(110) 내에 매립된다. 다시 말하면, 차광 구조(108)가 또한 격자 구조(110)에 대응하는 격자 형태이다. 일부 실시예들에서, 격자 구조(110)는 이미지 센서(10)의 설계 요건에 따라 차광 구조(108)의 높이 이상일 수 있다. 차광 구조(108)의 배열은 대응하는 컬러 필터 유닛(106) 아래에 있는 감지 유닛들(102) 중 하나가 상이한 컬러의 인접 컬러 필터 유닛(106)으로부터 추가 광을 수용하는 것을 방지할 수 있으며, 이는 수신되는 신호들의 정확성에 영향을 미칠 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에서, 차광 구조(108)의 높이는 대략 0.005 μm 내지 2.000 μm일 수 있다. 일부 실시예들에서, 차광 구조(114)의 재료는 불투명 금속들(이를테면, 텅스텐(W), 알루미늄(Al)), 불투명 금속 질화물(이를테면, 티타늄 질화물(TiN)), 불투명 금속 산화물(이를테면, 티타늄 산화물(TiO)), 다른 적합한 재료들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 차광 구조(108)는, 기판(100) 상에 금속 층을 증착한 후에, 포토리소그래피 및 에칭 프로세스를 사용하여 금속 층을 패터닝함으로써 형성될 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 본 개시내용의 특정 실시예에서, 차광 구조(108)는 알루미늄으로 둘러싸인 텅스텐 금속을 포함하는 매설 컬러 필터 어레이(buried color filter array, BCFA) 일 수 있다.
도 1을 참조한다. 복수의 마이크로-렌즈들(120)이 컬러 필터 유닛들(106) 및 격자 구조(110) 상에 배치된다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 마이크로-렌즈들(120)은 복수의 감지 유닛들(102)에 각각 대응할 수 있다. 본 실시예에서, 복수의 마이크로-렌즈들(120)은 기판(100)에 평행한 어레이로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 마이크로-렌즈들(120)은 컬러 필터 유닛들(106)을 통해 기판(100) 내의 복수의 감지 유닛들(102) 내로 입사 광을 집중시키는 역할을 한다. 일부 실시예들에서, 복수의 마이크로-렌즈들(120)의 재료는 투명한 재료일 수 있다. 예컨대, 재료는 유리, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄, 임의의 다른 적용 가능한 재료, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 복수의 마이크로-렌즈들(120)은 포토레지스트 리플로우 방법(photoresist reflow method), 핫 엠보싱 방법(hot embossing method), 임의의 다른 적용 가능한 방법, 또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 복수의 마이크로-렌즈들(120)을 형성하는 단계들은 스핀-온 코팅 프로세스, 리소그래피 프로세스, 에칭 프로세스, 임의의 다른 적용 가능한 프로세스들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에 따르면, 본 개시내용의 이미지 센서(10)는, 기판(100); 기판(100) 상에 배치된 컬러 필터 유닛들(106); 및 기판(100) 상에 배치되고, 컬러 필터 유닛들(106) 각각을 둘러싸는 격자 구조(110)를 포함한다. 격자 구조(110)는, 컬러 필터 유닛들(106) 사이에 위치되고, 기판(100) 상에 배치된 제1 격벽(112); 컬러 필터 유닛들(106) 사이에 위치되고, 제1 격벽(112) 바로 위에 배치된 제2 격벽(114); 및 컬러 필터 유닛들(106) 사이에 위치되고, 제2 격벽(114) 바로 위에 배치된 제3 격벽(116)을 포함한다. 제1 격벽(112)의 단면은 직사각형이고, 제2 격벽(114)의 단면은 상단 폭이 하단 폭보다 더 작은 사다리꼴이다.
도 2는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른 이미지 센서(10)의 단면도이다. 도 1과 비교하여, 도 2는 이미지 센서(10)의 대안적인 실시예를 예시한다. 기판(100)의 특징부들, 복수의 감지 유닛들(102), 반사-방지 층(104), 컬러 필터 유닛들(106), 차광 구조(108), 격자 구조(110), 및 복수의 마이크로-렌즈들(120)은 도 1에 예시된 것들과 유사하며, 반복을 피하기 위해 세부사항들은 본원에서 다시 설명되지 않는다. 도 2의 차광 구조(108)는 격자 구조(110)에 완전히 대응하지 않는다. 예컨대, 차광 구조(108)는 격자 구조(110)의 일부 부분들에 매립될 수 있는 한편, 차광 구조(108)는 격자 구조(110)의 다른 부분들에는 존재하지 않을 수 있다. 일부 실시예들에서, 차광 구조(108)는 격자 구조의 일부 부분들에만 매립될 수 있거나, 또는 설계 요건에 따라 이미지 센서(10)로부터 완전히 생략될 수 있다. 도 2에 예시된 바와 같이, 2개 이상의 인접 컬러 필터 유닛들(106)이 동일한 컬러로 이루어질 때, 또는 하나의 감지 유닛(102)이 인접 감지 유닛(102)보다 훨씬 더 넓은 영역을 커버할 수 있을 때, 차광 구조(108)는 격자 구조(110)의 일부 부분들에서 생략될 수 있다.
도 3은 본 개시내용의 또 다른 실시예들에 따른 이미지 센서(10)의 단면도이다. 도 1과 비교하여, 도 3는 이미지 센서(10)의 대안적인 실시예를 예시한다. 기판(100)의 특징부들, 복수의 감지 유닛들(102), 반사-방지 층(104), 컬러 필터 유닛들(106), 차광 구조(108), 격자 구조(110), 및 복수의 마이크로-렌즈들(120)은 도 1에 예시된 것들과 유사하며, 반복을 피하기 위해 세부사항들은 본원에서 다시 설명되지 않는다. 도 1 및 도 2에서, 전체 격자 구조(110)는 동일한 굴절률의 재료로 형성된다. 도 3에 도시된 이미지 센서(10)는 격자 구조(110)가 하나 초과의 굴절률을 갖는 재료들을 포함할 수 있음을 예시한다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 제1 격벽(112)은 제1 굴절률(n1)을 갖는 한편, 제3 격벽(116)은 제2 굴절률(n2)을 갖는다. 본 실시예에서, 제2 격벽(114)은 제1 굴절률(n1)(제1 격벽(112)과 동일)을 가질 수 있거나, 또는 제2 격벽(114)은 제2 굴절률(n2)(제3 격벽(116)과 동일)을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 격벽(114)은 심지어 제1 굴절률(n1) 및 제2 굴절률(n2)과 상이한 또 다른 굴절률을 가질 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 굴절률들의 차이가 재료들에 따라 좌우되지 않는다는 것에 유의한다. 예컨대, 제1 격벽(112), 제2 격벽(114), 및 제3 격벽(116)은 상이한 재료들로 형성될 수 있지만, 여전히 동일한 굴절률들을 가질 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에 따르면, 본 개시내용의 이미지 센서(10)는, 기판(100); 기판(100) 상에 배치된 컬러 필터 유닛들(106); 및 기판(100) 상에 배치되고, 컬러 필터 유닛들(106) 각각을 둘러싸는 격자 구조(110)를 포함한다. 격자 구조(110)는, 컬러 필터 유닛들(106) 사이에 위치되고, 기판(100) 상에 배치되고, 베이스 폭(W)을 갖고, 기판(100)에 대해 수직인 측부 표면을 갖는 제1 격벽(112); 컬러 필터 유닛들(106) 사이에 위치되고, 제1 격벽(112) 바로 위에 배치되고, 기판(100)에 대해 경사진 측부 표면을 갖는 제2 격벽(114); 및 컬러 필터 유닛들(106) 사이에 위치되고, 제2 격벽(114) 바로 위에 배치되고, 제1 폭(W1)을 갖는 제3 격벽(116)을 포함하며, 여기서, 제1 폭(W1)은 베이스 폭(W)보다 더 작다. 제1 격벽(112)은 제1 굴절률(n1)을 갖고, 제3 격벽(116)은 제2 굴절률(n2)을 가지며, 여기서, 제1 굴절률(n1)과 제2 굴절률(n2)은 상이하다.
도 4는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 종래의 이미지 센서와 도 3에 도시된 이미지 센서(10) 사이의 양자 효율 플롯들의 비교이다. 일부 실시예들에서, 종래의 이미지 센서는 동일한 재료의 단일 직사각형 격벽을 갖는 격자 구조를 포함한다. 이전에 언급된 바와 같이, 적색 광은 620 nm 내지 750 nm의 파장을 갖고, 녹색 광은 495 nm 내지 570 nm의 파장을 갖고, 청색 광은 450 nm 내지 495 nm의 파장을 갖는다. 도 4에 도시된 바와 같이, 플롯들은 본 개시내용의 도 3에 도시된 이미지 센서(10)의 감도 및 크로스 토크가 양자 효율 스펙트럼에 따라 상당히 개선됨을 예시한다. 본 개시내용의 특정 실시예에서, 이미지 센서(10)의 적색 광 피크는 종래의 이미지 센서와 비교하여 약 2%만큼 증가되고, 이미지 센서(10)의 녹색 광 피크는 종래의 이미지 센서와 비교하여 약 1%만큼 증가되며, 이미지 센서(10)의 청색 광 피크는 종래의 이미지 센서와 비교하여 약 1%만큼 증가된다. 추가하여, 이미지 센서(10)의 크로스 토크는 종래의 이미지 센서와 비교하여 약 0.6%만큼 감소된다. 시뮬레이션으로부터 획득된 비교 데이터의 요약이 표 1에 도시된다.
[표 1]
Figure pat00003
표 1에서, 아이템들 1 내지 3은 각각 적색 광, 녹색 광, 및 청색 광의 양자 효율 피크 데이터이다. 아이템들 4 내지 6은 이미지 센서(10)가 종래의 이미지 센서와 비교하여 상당히 감소된 크로스 토크를 나타내는 크로스 토크 데이터이다. 아이템 5에서, 청색 광 크로스 토크와 적색 광 크로스 토크의 비는 530 nm에서 측정된다. 530 nm는 녹색 광이 속한 파장 범위이고, 그에 따라, 이상적인 상황에서는 청색 광 및 적색 광 판독치들이 존재하지 않아야 함에 유의한다. 아이템 6에서, 청색 광 크로스 토크와 녹색 광 크로스 토크의 비는 650 nm에서 측정된다. 650 nm는 적색 광이 속한 파장 범위이고, 그에 따라, 이상적인 상황에서는 청색 광 및 녹색 광 판독치들이 존재하지 않아야 함에 유의한다. 따라서, 감소된 크로스 토크는 이미지 센서(10)가 나타내는 것과 같이 전체 성능을 개선할 수 있다. 녹색 컬러 필터 유닛들이 대개 전체 이미지 센서의 약 50%를 차지하는 한편, 적색 컬러 필터 유닛들 및 청색 컬러 필터 유닛들은 각각 전체 이미지 센서의 약 25%를 차지함에 또한 유의한다. 이에 기초하여, 녹색 컬러 필터 유닛들은, 표 1의 아이템 5에 도시된 바와 같이, 적색 광 크로스 토크 및 청색 광 크로스 토크에 의해 가장 많이 영향을 받을 수 있다.
도 5는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서(10)의 단면도이다. 도 1과 비교하여, 도 5는 이미지 센서(10)의 대안적인 실시예를 예시한다. 기판(100)의 특징부들, 복수의 감지 유닛들(102), 반사-방지 층(104), 컬러 필터 유닛들(106), 차광 구조(108), 격자 구조(110), 및 복수의 마이크로-렌즈들(120)은 도 1에 예시된 것들과 유사하며, 반복을 피하기 위해 세부사항들은 본원에서 다시 설명되지 않는다. 도 5에 도시된 이미지 센서(10)의 격자 구조(110)의 제3 격벽(116)은 직사각형이 아니다. 예컨대, 제3 격벽(116)은 둥근 측부 표면들을 가질 수 있다. 제3 격벽(116)의 상단은 둥글 수 있거나(둥근 측부 표면들로부터 이어짐) 또는 첨예(pointed)할 수 있지만(삼각형 형태), 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다.
도 5를 참조한다. 제3 격벽(116)이 둥근 측부 표면들 및 둥근 상단을 포함할 때, 제3 격벽(116)의 단면은 종 방향 타원 반경(R)을 갖는 반타원형 형상과 유사하게 나타날 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 도 5에 도시된 종 방향 타원 반경(R)은 제3 격벽(116)의 높이 이하일 수 있고, 이의 치수는 방정식 (2)에서 측정된다. 제1 폭(W1) 및 에칭 조건에 따라, 제3 격벽(116)은 둥근 측부 표면들 및 상단 각도(θtop)를 갖는 첨예한 상단을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상단 각도(θtop)는 제2 격벽(114)의 내각(θ)보다 더 작다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 상단 각도(θtop)는 다음의 방정식에 의해 결정될 수 있다.
Figure pat00004
방정식 (3)에서, 역 탄젠트 괄호 내의 중괄호들("{}"로 나타냄) 내의 공식은 사실상 방정식 (2)의 내용이거나, 또는 제3 격벽(116)의 높이의 계산임에 유의할 수 있다. 제1 폭(W1)의 절반과 제3 격벽(116)의 높이의 비의 역 탄젠트에 이은 2의 곱은 상단 각도(θtop)의 상한치 또는 상단 각도(θtop) 초과의 최종 값을 산출할 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른 이미지 센서(10)의 단면도이다. 도 1과 비교하여, 도 6은 이미지 센서(10)의 대안적인 실시예를 예시한다. 기판(100)의 특징부들, 복수의 감지 유닛들(102), 반사-방지 층(104), 컬러 필터 유닛들(106), 차광 구조(108), 격자 구조(110), 및 복수의 마이크로-렌즈들(120)은 도 1에 예시된 것들과 유사하며, 반복을 피하기 위해 세부사항들은 본원에서 다시 설명되지 않는다. 도 6에 도시된 이미지 센서(10)의 격자 구조(110)는 3개 초과의 격벽들을 포함함에 유의할 수 있다. 차광 구조(108)가 예시된 바와 같이 격자 구조(110)의 하단 격벽 내에 배치되어 있지만, 차광 구조(108)가 또한 하나 초과의 격벽들 내로 연장될 수 있음을 알아야 한다. 다시 말하면, 차광 구조(108)가 격자 구조(110) 내에 매립되는 한, 차광 구조(108)의 구성은 격자 구조(110)의 구성과 무관하다. 도 3에 도시된 이미지 센서(10)와 마찬가지로, 격자 구조(110)는 상이한 굴절률들을 갖는 격벽들을 포함할 수 있음에 또한 유의한다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 격자 구조(110)는, 제1 굴절률(n1) 및 제2 굴절률(n2) 이외에, 최대 10개의 상이한 굴절률들 또는 최대 8개 더 많은 굴절률들(예컨대, n3, n4, n5, ..., n10)의 재료들을 포함할 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 격자 구조(110)의 모든 굴절률들은 대략적으로 약 1.0 내지 약 1.5이다.
도 6을 참조한다. 격자 구조(110)가 도 1에 도시된 것보다 더 복잡해 보이지만, 이들 둘 모두는 여러 기본 원리들에 의해 제한된다. 예컨대, 직사각형 격벽들 및 사다리꼴 격벽들은 기판(100) 위에 그리고 컬러 필터 유닛들(106) 사이에 교번적으로 배열된다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 모든 각각의 사다리꼴 격벽들은 아래로부터 접해 있는 직사각형 격벽의 폭과 동일한 하단 폭을 갖고, 상단 폭은 위로부터 접해 있는 직사각형 격벽의 폭과 동일하다. 모든 각각의 사다리꼴 격벽에서, 상단 폭은 하단 폭보다 대략 20% 내지 60%, 예컨대 대략 20% 내지 50%만큼 더 작다. 다시 말하면, 각각의 사다리꼴 격벽 위의 직사각형 격벽은 그 사다리꼴 격벽 아래의 직사각형 격벽보다 대략 20% 내지 60%, 예컨대 대략 20% 내지 50%만큼 더 좁다. 예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 폭(W1)은 베이스 폭(W)보다 대략 20% 내지 60%(예컨대, 대략 20% 내지 50%)만큼 더 작고, 제2 폭(W2)은 제1 폭(W1)보다 대략 20% 내지 60%(예컨대, 대략 20% 내지 50%)만큼 더 작고, 제3 폭(W3)은 제2 폭(W2)보다 대략 20% 내지 60%(예컨대, 대략 20% 내지 50%)만큼 더 작다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 격자 구조(110)는 11개만큼 많은 직사각형 격벽들(예컨대, W, W1, W2, W3, ..., W10의 폭들을 가짐)을 포함할 수 있으며, 사다리꼴 격벽들이 그 사이에서 교번된다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 각각의 직사각형 격벽의 높이는 격자 구조(110)의 총 높이(H)보다 대략 60% 내지 80%만큼 더 낮다.
도 6을 참조한다. 격자 구조(110) 내에 최대 총 11개의 직사각형 격벽들이 있을 수 있기 때문에, 이러한 직사각형 격벽들 사이에서 교번하는 10개만큼 많은 사다리꼴 격벽들이 있을 수 있다. 사다리꼴 격벽들은 각각 대략 20° 내지 75°의 내각(θ)을 가질 수 있다(예컨대, θ1, θ2, θ3, ..., θ10). 정의된 파라미터들(예컨대, 각각의 사다리꼴 격벽의 상단 폭 및 하단 폭, 및 내각(θ))에 기초하여, 대응하는 사다리꼴 격벽의 높이가 방정식 (1)을 참조하여 결정될 수 있다. 베이스 폭(W)으로부터 제1 폭(W1)으로, 제1 폭(W1)으로부터 제2 폭(W2)으로, 또는 제2 폭(W2)으로부터 제3 폭(W3)으로의 감소 레이트들은 동일할 수 있거나 상이할 수 있고, 기판(100)으로부터 오름차순 또는 내림차순으로 이루어질 필요는 없음을 알아야 한다. 직사각형 격벽들의 폭들이 어느 정도 감소될 때, 최상단 직사각형 격벽은 결국 둥근 상단 또는 첨예한 상단이 될 수 있다(도 5에 예시된 바와 같음). 유사하게, 사다리꼴 격벽들의 내각들(θ1, θ2, 및 θ3)은 동일할 수 있거나 상이할 수 있으며, 기판(100)으로부터 오름차순 또는 내림차순으로 이루어질 필요는 없다. 직사각형 격벽들의 높이들(H1, H2, 및 H3)은 동일할 수 있거나 상이할 수 있으며, 기판(100)으로부터 오름차순 또는 내림차순으로 이루어질 필요는 없다.
전술된 바는 당업자가 본 개시내용의 양상들을 더 잘 이해하게 되도록 여러 실시예들의 특징들을 약술한다. 당업자는, 본원에서 도입되는 실시예들의 동일한 이점들을 달성하고 그리고/또는 동일한 목적들을 수행하기 위한 다른 프로세스들 및 구조들을 설계 또는 수정하기 위한 기반으로서 당업자가 본 개시내용을 쉽게 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 당업자는 또한, 그러한 등가의 구성들이 본 개시내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고, 이들이 본 개시내용의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 본원에 다양한 변화들, 치환들, 및 변경들을 할 수 있다는 것을 인식해야 한다. 따라서, 보호 범위는 청구 범위를 통해 결정되어야 한다. 부가하여, 본 개시내용의 일부 실시예들이 위에서 개시되어 있지만, 이들은 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
본 명세서 전반에 걸쳐 특징들, 이점들, 또는 유사한 언어에 대한 지칭은 본 개시내용에 의해 실현될 수 있는 모든 특징들 및 이점들이 본 개시내용의 임의의 단일 실시예이어야 하거나 또는 임의의 단일 실시예에 있는 것을 암시하지 않는다. 오히려, 특징들 및 이점들을 지칭하는 언어는 실시예와 관련하여 설명된 특정 특징, 이점, 또는 특성이 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 포함되는 것을 의미하도록 이해된다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸친 특징들 및 이점들 및 유사한 언어에 대한 논의들은 동일한 실시예를 지칭할 수 있지만, 반드시 그러한 것은 아니다.
또한, 본 개시내용의 설명된 특징들, 이점들, 및 특성들은 하나 이상의 실시예들에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 당업자는, 본원의 설명을 고려하여, 본 개시내용이 특정 실시예의 특정 특징들 또는 이점들 중 하나 이상이 없이도 실시될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 다른 경우들에서, 본 개시내용의 모든 실시예들에 존재하지 않을 수 있는 부가적인 특징들 및 이점들이 특정 실시예들에서 인식될 수 있다.

Claims (11)

  1. 이미지 센서로서,
    기판;
    상기 기판 상에 배치된 컬러 필터 유닛들; 및
    상기 기판 상에 배치되고, 상기 컬러 필터 유닛들 각각을 둘러싸는 격자 구조;
    를 포함하며,
    상기 격자 구조는,
    상기 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 상기 기판 상에 배치된 제1 격벽; 및
    상기 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 상기 제1 격벽 바로 위에 배치된 제2 격벽;
    을 포함하고,
    상기 제2 격벽의 상단 폭은 상기 제2 격벽의 하단 폭보다 더 작은,
    이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판 내에 형성된 복수의 감지 유닛들, 상기 격자 구조 내에 매립된 차광 구조, 및 상기 컬러 필터 유닛들 상에 각각 배치된 복수의 마이크로-렌즈들을 더 포함하며,
    상기 격자 구조의 제1 굴절률은 1 내지 1.5의 범위인,
    이미지 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 상기 제2 격벽 바로 위에 배치된 제3 격벽을 더 포함하며,
    상기 제1 격벽 및 상기 제3 격벽의 단면들은 직사각형이고, 상기 제2 격벽의 단면은 사다리꼴인,
    이미지 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 격벽은 베이스 폭을 갖고, 상기 제3 격벽은 제1 폭을 갖고,
    상기 베이스 폭 및 상기 제1 폭은 상기 기판에 평행한 횡 방향으로 측정되고,
    상기 제3 격벽의 제1 폭은 상기 제1 격벽의 베이스 폭보다 대략 20% 내지 60%만큼 더 작고,
    상기 제2 격벽의 하단 폭은 상기 제1 격벽의 베이스 폭과 동일하고, 상기 제2 격벽의 상단 폭은 상기 제3 격벽의 제1 폭과 동일한,
    이미지 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 격벽의 제1 높이는 상기 격자 구조의 총 높이보다 대략 60% 내지 80%만큼 더 낮고,
    상기 제2 격벽의 측부 표면은 상기 기판에 대해 대략 20° 내지 75°의 내각(interior angle)을 갖는,
    이미지 센서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제3 격벽의 단면은 반타원형(half elliptical)이고,
    상기 제3 격벽의 단면은 둥근 측부 표면(rounded side surface) 및 첨예한 상단(pointed top)을 갖고,
    상기 첨예한 상단의 상단 각도는 상기 제2 격벽의 내각보다 더 작은,
    이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 격자 구조는 하나 이상의 직사각형 격벽들 및 하나 이상의 사다리꼴 격벽들을 더 포함하며,
    상기 직사각형 격벽들 및 상기 사다리꼴 격벽들은 상기 기판 위에 그리고 상기 컬러 필터 유닛들 사이에 교번적으로 배열되고,
    상기 사다리꼴 격벽들 각각은 하단 폭, 및 상기 하단 폭보다 대략 20% 내지 60%만큼 더 작은 상단 폭을 갖는,
    이미지 센서.
  8. 이미지 센서로서,
    기판;
    상기 기판 상에 배치된 컬러 필터 유닛들; 및
    상기 기판 상에 배치되고, 상기 컬러 필터 유닛들 각각을 둘러싸는 격자 구조;
    를 포함하며,
    상기 격자 구조는,
    상기 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 상기 기판 상에 배치되고, 베이스 폭을 갖고, 상기 기판에 대해 수직인 측부 표면을 갖는 제1 격벽;
    상기 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 상기 제1 격벽 바로 위에 배치되고, 상기 기판에 대해 경사진 측부 표면을 갖는 제2 격벽; 및
    상기 컬러 필터 유닛들 사이에 위치되고, 상기 제2 격벽 바로 위에 배치되고, 상기 베이스 폭보다 작은 제1 폭을 갖는 제3 격벽;
    을 포함하는,
    이미지 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 격벽은 제1 굴절률을 갖고, 상기 제3 격벽은 제2 굴절률을 갖고,
    상기 제1 굴절률과 상기 제2 굴절률은 상이하고,
    상기 제2 격벽은 상기 제1 굴절률 또는 상기 제2 굴절률을 갖고,
    상기 제1 격벽 및 상기 제3 격벽의 단면들은 직사각형이고, 상기 제2 격벽의 단면은 사다리꼴인,
    이미지 센서.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제3 격벽의 단면은 반타원형이고,
    상기 제3 격벽의 단면은 둥근 측부 표면 및 첨예한 상단을 갖는,
    이미지 센서.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 격자 구조는 하나 이상의 직사각형 격벽들 및 하나 이상의 사다리꼴 격벽들을 더 포함하며,
    상기 직사각형 격벽들 및 상기 사다리꼴 격벽들은 상기 기판 위에 그리고 상기 컬러 필터 유닛들 사이에 교번적으로 배열되고,
    상기 직사각형 격벽들 및 상기 사다리꼴 격벽들은 상기 제1 굴절률 및 상기 제2 굴절률과 상이한 하나 이상의 굴절률들을 더 포함하고,
    상기 사다리꼴 격벽들 각각은 하단 폭, 및 상기 하단 폭보다 대략 20% 내지 60%만큼 더 작은 상단 폭을 갖는,
    이미지 센서.
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