KR20230141684A - 이미지 센서 및 이를 형성하는 방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서를 형성하는 방법은, 복수의 감지 부분들을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 기판 상에 컬러 필터 층을 형성하는 단계; 컬러 필터 층 상에 마이크로-렌즈 재료 층을 형성하는 단계; 마이크로-렌즈 재료 층 상에 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함하며, 여기서, 하드 마스크 패턴은 제1 갭, 및 제1 갭보다 더 큰 제2 갭을 갖는다. 방법은, 하드 마스크 패턴을 복수의 돔 형상들로 리플로우시키는 단계; 복수의 돔 형상들을 마이크로-렌즈 재료 층으로 전사하여, 복수의 마이크로-렌즈들을 형성하는 단계; 및 복수의 마이크로-렌즈들 상에 등각적으로 상단 막을 형성하는 단계를 포함한다.
Description
본 개시내용은 이미지 센서에 관한 것으로, 특히, 이미지 센서의 마이크로-렌즈들의 배열 및 이를 형성하는 방법에 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 장치에서 널리 사용된다. 이미지 센서의 광 감지 부분은 주변의 컬러 변화를 검출할 수 있으며, 광 감지 부분에서 수용된 광의 양에 따라 신호 전하가 생성될 수 있다. 부가하여, 광 감지 부분에서 생성된 신호 전하들이 전송 및 증폭될 수 있고, 이에 의해, 이미지 신호가 획득된다.
산업적 수요 기초하여, 픽셀 사이즈가 지속적으로 감소되어 왔다. 높은 수준의 성능을 유지하기 위해, 위상차 오토포커스(Phase Difference Auto Focus, PDAF) 픽셀들의 그룹이 종래의 픽셀들 내에 통합될 수 있다. PDAF 픽셀들의 그룹에 의해 수용되는 광은 컬러 필터를 통해 집중되어, 하단에 있는 대응하는 감지 부분들에서 수집될 수 있고, 장치에 대한 이미지 초점이 검출된다. 그러나, 픽셀 사이즈가 감소된 이미지 센서는 정밀도에서 약간의 오프셋을 경험할 수 있으며, 이는 디바이스의 전체 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 이미지 센서의 설계 및 제조를 통해 이들 및 관련 문제들이 해결될 필요가 있다.
실시예에서, 이미지 센서를 형성하는 방법은, 복수의 감지 부분들을 포함하는 기판을 제공하는 단계; 기판 상에 컬러 필터 층을 형성하는 단계; 컬러 필터 층 상에 마이크로-렌즈 재료 층을 형성하는 단계; 마이크로-렌즈 재료 층 상에 하드 마스크 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 하드 마스크 패턴은 제1 갭, 및 제1 갭보다 더 큰 제2 갭을 갖는다. 방법은, 하드 마스크 패턴을 복수의 돔 형상들로 리플로우(reflow)시키는 단계; 복수의 돔 형상들을 마이크로-렌즈 재료 층으로 전사(transferring)하여, 복수의 마이크로-렌즈들을 형성하는 단계; 및 복수의 마이크로-렌즈들 상에 등각적으로 상단 막을 형성하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에서, 이미지 센서는 오토포커스 센서 유닛들의 복수의 그룹들을 포함하며, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹들 각각은 복수의 감지 부분들, 감지 부분들 상에 배치된 컬러 필터 층, 및 컬러 필터 층 상에 그리고 대응하여 복수의 감지 부분들 위에 배치된 복수의 마이크로-렌즈들을 포함한다. 이미지 센서는 복수의 마이크로-렌즈들 상에 등각적으로 배치된 상단 막을 포함하며, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹들 중 하나 내의 마이크로-렌즈들 사이의 조인트 심(joint seam)은 제1 깊이를 갖고, 오토포커스 센서 유닛들의 복수의 그룹들의 마이크로-렌즈들 사이의 갭은 제2 깊이를 가지며, 여기서, 제2 깊이는 제1 깊이보다 더 크다.
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 2a 내지 도 2e는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다양한 중간 제작 스테이지들에서의 도 1의 이미지 센서의 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른, 다양한 중간 제작 스테이지들에서의 다른 이미지 센서의 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른, 다양한 중간 제작 스테이지들에서의 또 다른 이미지 센서의 단면도들이다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다양한 중간 제작 스테이지들에서의 도 1의 이미지 센서의 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른, 다양한 중간 제작 스테이지들에서의 다른 이미지 센서의 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른, 다양한 중간 제작 스테이지들에서의 또 다른 이미지 센서의 단면도들이다.
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.
게다가, "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 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.
계속해서 감소되는 픽셀 사이즈에 대응하여, 각각의 픽셀의 광 수용 및 픽셀들 사이의 광 수용 균일성이 중요한 관심사가 되었다. 이미지 센서 중 더 작은 픽셀들의 광 수용을 향상시키는 한 가지 방법은 오토포커스 센서 유닛들(위상차 오토포커스(PDAF) 픽셀들로 또한 알려져 있음)의 그룹을 통합하는 것이다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 그룹 내의 각각의 오토포커스 센서 유닛(또는 픽셀)에 의해 광이 균등하게 수용될 때, 이미지 센서는 초점이 맞게 될 것이다. 그러나, 각각의 오토포커스 센서 유닛에 의해 수용된 광이 균등하지 않은 경우, 이미지 센서는 초점이 맞지 않게 될 것이다. 따라서, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹은 전체 디바이스에 대한 이미지 초점을 검출 및 추적할 수 있다. 통상적으로, 오토포커스 센서 유닛들의 전체 그룹 위에 하나의 단일 마이크로-렌즈만이 배치된다. 다시 말하면, 그룹 내의 모든 오토포커스 센서 유닛들은 하나의 단일 마이크로-렌즈를 공유하는 한편, 나머지 센서 유닛들 각각은 상단 상에 배치된 하나의 마이크로-렌즈를 갖는다. 오토포커스 센서 유닛들의 그룹 위의 단일 마이크로-렌즈는 추적 및 검출을 위해 광이 함께 집중될 수 있게 할 수 있다. 예컨대, 광이 경사진 각도로 진입될 때, 그룹 내의 오토포커스 센서 유닛들 중 하나가 다른 오토포커스 센서 유닛보다 더 많은 광을 수용할 수 있고, 그에 따라, 오토포커스 센서 유닛들 사이의 신호 판독에 기초하여, 진입 광 방향이 정확하게 결정될 수 있다. 그러나, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹 위의 종래의 마이크로-렌즈는 광을 집중시켜서 오토포커스 센서 유닛들의 그룹의 중심점 상에 초점을 맞출 것이다. 그룹 내의 오토포커스 센서 유닛들 각각은 정확한 신호 판독을 반영하기에 충분한 양의 광을 수용하지 않을 수 있다.
프로세스 오버레이가 발생하는 경우, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹 위에 배치된 마이크로-렌즈가 오정렬(misaligned)될 수 있다. 각각의 오토포커스 센서 유닛의 광 수용량이 이미 불충분하기 때문에, 마이크로-렌즈 오버레이는 일부 오토포커스 센서 유닛들이 과도한 양의 광을 수용하게 할 수 있는 한편, 다른 오토포커스 센서는 실질적으로 광을 전혀 수용하지 않을 수 있다. 위의 상황이 발생될 때, 오토포커스 센서 유닛들 사이의 신호 판독이 매우 부정확할 수 있으며, 이 경우, 진입 광 방향의 결정이 또한 부정확할 수 있다. 본 개시내용은 위의 문제들을 해결하기 위해 마이크로-렌즈들을 배열하는 혁신적인 방법을 제공한다. 본 개시내용의 마이크로-렌즈들은 그룹 내의 각각의 오토포커스 센서 유닛들이 충분한 양의 광을 수신할 수 있게 하여 프로세스 윈도우를 증가시킬 수 있다. 따라서, 프로세스 오버레이의 경우에도, 오토포커스 센서 유닛들 사이의 신호 판독은 여전히, 진입 광을 추적 및 검출하는 데 적절하게 사용될 수 있다. 게다가, 본 개시내용은 또한, 이미지 센서의 오토포커스 기능을 향상시키기 위해 마이크로-렌즈들 상에 코팅된 상단 막을 포함한다.
도 1은 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른 이미지 센서(10)의 단면도이다. 일부 실시예들에서, 이미지 센서들은 실제로 수백만 개의 센서 유닛들을 보유할 수 있다. 간결함을 위해, 도 1은 실제 이미지 센서의 일부만 나타낸다. 도 1에 도시된 이미지 센서(10)는 서로 인접하게 배치된 오토포커스 센서 유닛들의 2개의 그룹들(100A 및 100B)을 포함한다. 이미지 센서(10)의 평면도(미도시)에서, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹들(100A 및 100B) 각각은 2x2로 배열된 4개의 센서 유닛들을 포함할 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A) 및 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)은 평면도에서 1x2 또는 2x1로 배열될 수 있다. 일부 실시예들에서, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A) 및 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)은 평면도에서 3x3, 4x4, 또는 5x5로 배열될 수 있다. 설명 목적을 위해, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)과 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)은 둘 모두, 하나의 좌측 오토포커스 센서 유닛 및 하나의 우측 오토포커스 센서 유닛을 포함한다. 특히, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)은 좌측 오토포커스 센서 유닛(100A-L) 및 우측 오토포커스 센서 유닛(100A-R)을 포함하고, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)은 좌측 오토포커스 센서 유닛(100B-L) 및 우측 오토포커스 센서 유닛(100B-R)을 포함한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A) 및 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)은 종래의 단일 마이크로-렌즈 대신에 다수의 마이크로-렌즈들(122)을 갖는다는 것을 유의한다. 좌측 오토포커스 센서 유닛(100A-L) 및 우측 오토포커스 센서 유닛(100A-R), 또는 좌측 오토포커스 센서 유닛(100B-L) 및 우측 오토포커스 센서 유닛(100B-R)은 각각, 상단 상에 배치되고 각각의 오토포커스 센서 유닛의 각각의 감지 부분(106)에 대응하는 하나의 마이크로-렌즈(122)를 갖는다. 이러한 수정은 충분한 양의 진입 광이 이미지 센서(10)의 모든 각각의 감지 부분(106) 상에 전송될 수 있게 함으로써 프로세스 윈도우를 증가시킬 수 있다. 동시에, 마이크로-렌즈들(122)은 이들 사이에 상이한 갭들을 포함할 수 있고, 상단 막(124)을 함께 통합하는 것은 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A) 및 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)의 오토포커스 기능을 향상시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A) 및 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B) 각각은 복수의 감지 부분들(106), 컬러 필터 층(110), 및 마이크로-렌즈들(122)을 포함한다. 복수의 감지 부분들(106)은 기판(102)에 매립될 수 있다. 기판(102)은 내부에 매립된 복수의 딥 트렌치 격리 구조들(104)을 더 포함하며, 여기서, 복수의 딥 트렌치 격리 구조들(104)은 각각의 감지 부분(106)을 분리하고, 각각의 오토포커스 센서 유닛의 사이즈를 정의한다. 일부 실시예들에서, 기판(102)은 이미지 센서(10)의 모든 오토포커스 센서 유닛들에 의해 공유되는 단일 구조일 수 있다.
일부 실시예들에서, 기판(102)은, 예컨대, 웨이퍼 또는 칩일 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 기판(102)은 반도체 기판, 예컨대 실리콘 기판일 수 있다. 게다가, 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. 일부 실시예들에서, 기판(102)은 광전 변환 기판, 이를테면 실리콘 기판, 또는 유기 광전 변환 층일 수 있다.
다른 실시예들에서, 기판(102)은 실리콘-온-인슐레이터(semiconductor on insulator, SOI) 기판일 수 있다. 실리콘-온-인슐레이터 기판은 베이스 플레이트, 베이스 플레이트 상에 배치된 매립 산화물 층, 및 매립 산화물 층 상에 배치된 반도체 층을 포함할 수 있다. 게다가, 기판(102)은 N-타입 또는 P-타입 전도성 타입일 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 기판(102)은, 활성 영역들을 정의하고, 기판(102) 내의 또는 위의 활성 영역 엘리먼트들을 전기적으로 격리하기 위해, 복수의 딥 트렌치 격리 구조들(104)을 포함할 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 다른 격리 구조들이 대안으로서 적용될 수 있다. 섈로우 트렌치 격리(shallow trench isolation, STI) 구조들 및 실리콘 국부 산화(local oxidation of silicon, LOCOS) 구조들은 다른 격리 구조들의 예이다. 일부 실시예들에서, 복수의 딥 트렌치 격리 구조들(104)의 형성은, 예컨대, 기판(102) 상에 절연 층을 형성하고, 절연 층 및 기판(102)을 선택적으로 에칭하여 기판(102)의 상단 표면으로부터 기판 내의 위치까지 연장되는 트렌치들을 형성하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서, 트렌치들은 인접한 감지 부분들(106) 사이에 위치된다. 다음으로, 복수의 딥 트렌치 격리 구조들(104)의 형성은, 트렌치들을 따라 풍부한 질소-함유(이를테면, 실리콘 산질화물) 라이너들을 성장시킨 후에, 증착 프로세스들을 이용하여, 트렌치들 내에 절연 재료들(이를테면, 실리콘 이산화물(silicon dioxide), 실리콘 질화물(silicon nitride), 또는 실리콘 산질화물(silicon oxynitride))을 충전하는 것을 포함할 수 있다. 그 후, 트렌치들 내의 절연 재료들에 대해 어닐링 프로세스가 수행된 후에, 기판(102)에 대해 평탄화 프로세스가 수행되어, 과도한 절연 재료가 제거되고, 그에 따라, 트렌치들 내의 절연 재료들이 기판(102)의 상단 표면과 동일한 높이에 있게 된다.
일부 실시예들에서, 기판(102)은, 예컨대, 이온 주입 및/또는 확산 프로세스에 의해 형성된 다양한 P-타입 도핑 영역들 및/또는 N-타입 도핑 영역들(미도시)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 트랜지스터들, 포토다이오드들 등이 복수의 딥 트렌치 격리 구조들(104)에 의해 정의된 활성 영역들에 형성될 수 있다.
위에서 언급된 바와 같이, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A) 및 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)은 각각, 기판(102) 상에 배치된 컬러 필터 층(110)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 컬러 필터 층(110)의 높이는 대략 0.3 μm 내지 2.0 μm일 수 있다. 일부 실시예들에서, 컬러 필터 층(110)은 적색, 녹색, 청색, 백색, 또는 적외선으로 착색될(colored) 수 있는 다수의 유닛들을 포함할 수 있다. 컬러 필터 층(110)의 각각의 유닛은 이미지 센서(10)의 각각의 감지 부분(106)에 대응할 수 있고, 유닛의 컬러는 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A) 및 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B) 각각의 요건에 따라 좌우된다. 포토다이오드들과 같은 각각의 감지 부분들(106)은 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A) 및 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B) 각각에 대해 수용된 광 신호들을 전기 신호들로 변환할 수 있다. 일부 실시예들에서, 동일한 그룹 내의 오토포커스 센서 유닛들은 동일한 컬러 유닛들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A) 및 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)은 파티션 그리드 구조(112)에 의해 서로 분리되며, 이는 추후에 상세히 설명될 것이다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 컬러 필터 층(110)은 기판(102) 상에 그리고 파티션 그리드 구조(112)에 의해 정의된 공간에 증착된다. 컬러 필터 층(110)은 상이한 단계들에서의 코팅, 노출, 및 현상 프로세스에 의해 순차적으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 컬러 필터 층(110)은 잉크젯 프린팅에 의해 형성될 수 있다.
도 1을 참조한다. 컬러 필터 층(110)의 하나 이상의 유닛들 사이에 파티션 그리드 구조(112)가 배치된다. 예컨대, 파티션 그리드 구조(112)의 중심선(미도시)은 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)과 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)의 경계를 정의할 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 파티션 그리드 구조(112)는 컬러 필터 유닛들(110)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, 파티션 그리드 구조(112)의 굴절률은 대략 1.00 내지 1.99이다. 진입 광이 컬러 필터 층(110)에 진입할 때, 파티션 그리드 구조(112)는 특정 유닛 내의 광선들을 격리하여 광-포획 기능의 역할을 할 수 있다.
파티션 그리드 구조(112)의 재료는 투명한 유전체 재료를 포함 할 수 있다. 먼저, 파티션 재료 층이 기판(102) 상에 코팅된다. 다음으로, 하드 마스크 층(미도시)이 파티션 재료 층 상에 코팅된다. 일부 실시예들에서, 하드 마스크 층의 재료는 포토레지스트이다. 패터닝을 위해 하드 마스크 층에 대해 포토리소그래피 프로세스가 수행된다. 다음으로, 패터닝된 하드 마스크 층을 사용하여 파티션 재료 층에 대해 에칭 프로세스가 수행된다. 에칭 프로세스는 건식 에칭일 수 있다. 에칭 프로세스 후에, 파티션 재료 층의 일부가 기판(102) 상에서 제거되고, 파티션 재료 층에 다수의 개구들이 형성된다. 이전에 언급된 바와 같이, 개구들은 후속하여 컬러 필터 층(110)으로 충전될 것이다.
여전히 도 1을 참조한다. 광 차폐 구조(114)가 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)과 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B) 사이에서 기판(102) 상에 배치된다. 일부 실시예들에서, 광 차폐 구조(114)는 파티션 그리드 구조(112) 내에 매립된다. 일부 실시예들에서, 파티션 그리드 구조(112)는 이미지 센서들(10)의 설계 요건에 따라 광 차폐 구조(114)의 높이 이상일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 차폐 구조(114)는 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)과 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)의 경계를 가로질러 걸쳐 있다. 다시 말하면, 광 차폐 구조(114)는 임의의 2개의 인접한 오토포커스 센서 유닛들에 의해 공유되는 방식으로 배치된다. 광 차폐 구조(114)의 배열은 컬러 필터 층(110)의 대응하는 유닛 아래에 있는 감지 부분들(106) 중 하나가 상이한 컬러의 인접한 유닛으로부터 부가적인 광을 수용하는 것을 방지할 수 있으며, 이는 수신된 신호들의 정확성에 영향을 미칠 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에서, 광 차폐 구조(114)의 높이는 대략 0.005 μm 내지 2.000 μm일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 차폐 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. 광 차폐 구조(114)는, 기판(102) 상에 금속 층을 증착한 후에, 포토리소그래피 및 에칭 프로세스를 사용하여 금속 층을 패터닝함으로써 형성될 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다.
여전히 도 1을 참조한다. 마이크로-렌즈 재료 층(120)이 컬러 필터 층(110) 및 파티션 그리드 구조(112) 상에 배치된다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 복수의 마이크로-렌즈들(122)이 마이크로-렌즈 재료 층(120) 상에 배치되며, 여기서, 복수의 마이크로-렌즈들(122)은 복수의 감지 부분들(106)에 대응한다. 이전에 명시된 바와 같이, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B) 위에 배치된 종래의 단일 마이크로-렌즈는 광을 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B)의 중심점 상에 대부분 집중시켜서 초점을 맞출 것이다. 불행하게도, 종래의 단일 마이크로-렌즈를 사용할 때, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B)의 중심점은 감지 부분들(106) 중 임의의 것의 위치 대신에 딥 트렌치 격리 구조들의 위치이다. 따라서, 본 개시내용의 이미지 센서(10)는 복수의 감지 부분들(106) 위에 대응하여 복수의 마이크로-렌즈들(122)을 갖도록 설계된다. 도 1에 도시된 결과적인 구조는 진입 광이 모든 각각의 감지 부분(106) 상에 대부분 집중될 수 있게 하여, 광 집중 문제를 해결할 수 있다.
게다가, 본 개시내용의 마이크로-렌즈들(122)은 오토포커스 기능을 개선하기 위해 2개 이상의 상이한 갭들을 갖도록 설계된다. (하나의 마이크로-렌즈 대신에) 다수의 마이크로-렌즈들(122)을 형성하는 것이 의도하지 않게 오토포커스 기능을 비활성화할 수 있다. 모든 각각의 오토포커스 센서 유닛이 자체적인 마이크로-렌즈(122)를 포함하고, 복수의 마이크로-렌즈들(122)이 동일하기 때문에, 각각의 감지 부분(106) 상의 광 수용은 실질적으로 동일할 것이다. 그룹 내의 오토포커스 센서 유닛들 사이의 신호 판독은 사용자들이 진입 광을 추적 및 검출하는 것을 불가능하게 할 수 있고, 그에 따라, 진입 광 방향을 결정하는 것이 불가능할 수 있다. 이 문제를 극복하기 위해, 오토포커스 센서 유닛들의 동일한 그룹(100A 또는 100B) 내의 2개의 인접한 마이크로-렌즈들(122)은 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)과 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B) 사이의 2개의 인접한 마이크로-렌즈들(122)과 상이한 갭을 갖도록 설계된다. 예컨대, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)의 좌측 오토포커스 센서 유닛(100A-L) 상의 마이크로-렌즈(122)와 우측 오토포커스 센서 유닛(100A-R) 상의 마이크로-렌즈(122) 사이의 갭은, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)의 우측 오토포커스 센서 유닛(100A-R) 상의 마이크로-렌즈(122)와 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)의 좌측 오토포커스 센서 유닛(100B-L) 상의 마이크로-렌즈(122) 사이의 갭보다 더 작다. 마이크로-렌즈들(122) 사이의 갭의 차이는 이미지 센서(10)가 원래의 오토포커스 기능을 회복할 수 있게 할 수 있다는 것이 발견되었다.
게다가, 본 개시내용에서, 이미지 센서(10)의 오토포커스 기능을 추가로 강화하기 위한 상단 막(124)이 도입된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 마이크로-렌즈들(122)의 표면(및 마이크로-렌즈 재료 층(120)의 노출된 표면) 상에 상단 막(124)이 등각적으로(conformally) 증착된 후에, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)의 좌측 오토포커스 센서 유닛(100A-L) 상의 마이크로-렌즈(122)와 우측 오토포커스 센서 유닛(100A-R) 상의 마이크로-렌즈(122) 사이의 갭은 제1 깊이(D1)를 갖는 조인트 심이 되며, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)의 우측 오토포커스 센서 유닛(100A-R) 상의 마이크로-렌즈(122)와 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)의 좌측 오토포커스 센서 유닛(100B-L) 상의 마이크로-렌즈(122) 사이의 갭은 제2 깊이(D2)를 가지며, 여기서, 제1 깊이(D1)는 제2 깊이(D2)보다 더 작다. 게다가, 제1 깊이(D1)는 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B) 내의 마이크로-렌즈들(122) 사이의 조인트 심을 정의하고, 조인트 심 내의 마이크로-렌즈들(122)의 부분은 제1 곡률 반경(R1)을 갖는다. 제2 깊이(D2)는 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)과 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B) 사이의 마이크로-렌즈들(122)의 갭을 정의하고, 갭 내의 마이크로-렌즈들(122)의 부분은 제2 곡률 반경(R2)을 갖는다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 제1 곡률 반경(R1)은 제2 곡률 반경(R2)보다 더 크다. 마이크로-렌즈들(122) 사이의 갭 사이즈 차이, 갭 깊이 차이, 및 곡률 반경 차이의 조합은, 모든 각각의 감지 부분(106)이 충분한 양의 진입 광을 수신 할 수 있게 되면서, 이미지 센서(10)가 오토포커스 기능을 회복할 수 있게 할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일부 실시예들에 따르면, 본 개시내용의 이미지 센서는, 오토포커스 센서 유닛들의 복수의 그룹들(100A/100B)을 포함하며, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹들(100A/100B) 각각은 복수의 감지 부분들(106), 감지 부분들(106) 상에 배치된 컬러 필터 층(110), 및 컬러 필터 층(110) 상에 그리고 대응하여 복수의 감지 부분들(106) 위에 배치된 복수의 마이크로-렌즈들(122)을 포함한다. 이미지 센서는 복수의 마이크로-렌즈들(122) 상에 등각적으로 배치된 상단 막(124)을 포함하며, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹들(100A/100B) 중 하나 내의 마이크로-렌즈들(122) 사이의 조인트 심은 제1 깊이(D1)를 갖고, 오토포커스 센서 유닛들의 복수의 그룹들(100A/100B)의 마이크로-렌즈들(122) 사이의 갭은 제2 깊이(D2)를 가지며, 여기서, 제2 깊이(D2)는 제1 깊이(D1)보다 더 크다.
도 2a 내지 도 2e는 본 개시내용의 일부 실시예들에 따른, 다양한 중간 제작 스테이지들에서의 이미지 센서(10)의 단면도들이다. 본 개시내용은 주로 마이크로-렌즈들(122) 및 상단 막(124)에 집중되기 때문에, 기판(102)의 프로세스 특징들, 복수의 딥 트렌치 격리 구조들(104), 복수의 감지 부분들(106), 컬러 필터 층(110), 파티션 그리드 구조(112), 및 광 차폐 구조(114)는 여기서 상세히 설명되지 않을 것이다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 마이크로-렌즈 재료 층(120)이 컬러 필터 층(110) 및 파티션 그리드 구조(112)의 상단 표면들 상에 배치된다. 일부 실시예에서, 마이크로-렌즈 재료 층(120)의 물질은 투명한 물질 일 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. 다음으로, 하드 마스크 층(130)이 마이크로-렌즈 재료 층(120) 위에 형성된다. 일부 실시예들에서, 하드 마스크 층(130)은 임의의 수지-함유 재료들 또는 이들의 조합을 포함한다. 일부 실시예들에서, 하드 마스크 층(130)은 마이크로-렌즈 재료 층(120)의 두께보다 더 얇은 두께를 가질 수 있다. 본 실시예에서, 포토마스크(140)는 이미지 센서(10)의 제작에 그리고 특히 하드 마스크 층(130)의 패터닝에 도입된다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 포토마스크(140)는, 하드 마스크 층(130)을 패터닝하기 위해 포토리소그래피 프로세스 동안 사용되는, 다양한 투명 부분들(140a) 및 불투명 부분들(140b)을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에서, 포토리소그래피 프로세스는, 하드 마스크 층(130) 상에 스핀-온 코팅에 의해 포토레지스트(미도시)를 형성한 후에, 포토마스크(140)를 사용하여 포토레지스트에 대해 노출 프로세스을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 포토마스크(140)의 불투명 부분들(140b)은 유지될 하드 마스크 층(130)의 부분들을 정의하는 한편, 포토마스크(140)의 투명 부분들(140a)은 제거될 하드 마스크 층(130)의 다른 부분들을 정의할 수 있다. 포토마스크(140)는 특정 폭들을 갖는 투명 부분들(140a)을 갖도록 설계되며, 그 특정 폭들은 후속하여 형성되는 하드 마스크 패턴(132) 내의 갭 사이즈들에 대응할 수 있다. 노출 후에, 포토레지스트에 대해 현상 프로세스가 수행된다. 이어서, 패터닝된 포토레지스트를 통해 하드 마스크 층(130)이 에칭되어, 하드 마스크 층(130)의 패터닝이 완료된다.
도 2b를 참조한다. 포토리소그래피 패터닝 및 에칭의 결과로서, 하드 마스크 층(130)은 하드 마스크 패턴(132)으로 형성될 수 있다. 포토마스크(140)의 미리 결정된 설계로부터, 하드 마스크 패턴(132)은 하드 마스크 층(130)의 남은 부분들 사이에 제1 갭(A) 및 제2 갭(B)을 포함할 수 있다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 제1 갭(A)의 사이즈는 복수의 딥 트렌치 격리 구조들(104)에 의해 정의되는 오토포커스 센서 유닛의 사이즈의 약 10% 내지 약 20%의 범위인 한편, 제2 갭(B)의 사이즈는 복수의 딥 트렌치 격리 구조들(104)에 의해 또한 정의되는 오토포커스 센서 유닛의 사이즈의 약 30% 내지 약 40%의 범위이다.
도 2c를 참조한다. 하드 마스크 패턴(132)에 대해 리플로우 프로세스가 수행된다. 리플로우 프로세스는 하드 마스크 층(130)의 유리 전이 온도보다 더 높은 온도로 하드 마스크 패턴(132)을 가열함으로써 수행된다. 예컨대, 리플로우 프로세스는, 하드 마스크 층(130)의 재료에 따라, 적절한 양의 지속기간 동안, 약 130 ℃ 내지 160 ℃의 온도로 수행될 수 있다. 하드 마스크 패턴(132)은 리플로우 프로세스 전에 실질적으로 직사각형이고, 리플로우 프로세스 후에 돔 형상이 될 수 있다는 것을 유의한다. 게다가, 리플로우 프로세스는 하드 마스크 패턴(132)의 하단에서 측정된 제1 갭(A) 및 제2 갭(B)의 사이즈들을 변화시킬 것이다. 특히, 리플로우 프로세스는 대략 10% 내지 30%만큼 제1 갭(A) 및 제2 갭(B)의 사이즈들을 축소시킬 것이다.
도 2d를 참조한다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 리플로우된 하드 마스크 패턴(132)과 마이크로-렌즈 재료 층(120) 둘 모두는 건식 에칭 프로세스에 의해 동시에 에칭된다. 일부 실시예들에서, 하드 마스크 패턴(132)의 형상이 마이크로-렌즈 재료 층(120)으로 완전히 전사(transfer)될 때까지, 건식 에칭 프로세스들의 하나 이상의 사이클들이 수행될 수 있다. 건식 에칭 프로세스들 동안, 마이크로-렌즈 재료 층(120)의 상단 부분만이 에칭될 것인 한편, 마이크로-렌즈 재료 층(120)의 나머지 하단 부분은 에칭되지 않는다는 것을 유의한다. 일부 실시예들에서, 건식 에칭 프로세스들은 CF4, CHF3, C4F8, NF3, O2, CO2, N2, 또는 이들의 조합을 포함하고 Ar2로 희석될 수 있는 에칭 가스를 사용할 수 있다. 본 실시예에서, 하드 마스크 패턴(132) 대 마이크로-렌즈 재료 층(120)의 에칭 선택비는 약 1:1 내지 1:3으로 제어될 수 있다. 건식 에칭 프로세스들 후에, 마이크로-렌즈 재료 층(120)의 상단 부분은 복수의 마이크로-렌즈들(122)을 생성할 수 있는 한편, 마이크로-렌즈 재료 층(120)의 하단 부분은 마이크로-렌즈들(122)의 베이스로서 역할을 할 수 있다.
도 2e를 참조한다. 상단 막(124)이 복수의 마이크로-렌즈들(122)의 상단 표면 및 마이크로-렌즈 재료 층(120)의 하단 부분의 노출된 표면 상에 등각적으로 증착된다. 일부 실시예들에서, 상단 막(124)은 이미지 센서(10)의 전체 표면을 덮는 연속 구조이다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 상단 막(124)의 재료는 마이크로-렌즈들(122)(또는 마이크로-렌즈 재료 층(120))의 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 갖는다. 일부 실시예들에서, 상단 막(124)은, 예컨대, 유리, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄, 다른 적합한 재료들, 또는 이들의 조합을 포함하는 투명 재료일 수 있지만, 본 개시내용은 이에 제한되지 않는다. 상단 막(124)의 형성은, 예컨대, 스핀-온 코팅 프로세스, 화학 기상 증착(CVD), 물리 기상 증착(PVD), 원자 층 증착(ALD), 다른 적합한 방법들, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있는 증착 프로세스들을 포함할 수 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 도 2a 내지 도 2e는 이미지 센서(10)를 제작하는 프로세스 플로우를 예시한다. 2개의 상이한 미리 결정된 간격(제1 갭(A) 및 제2 갭(B))을 갖는 하드 마스크 패턴(132)을 활용함으로써, 결과적인 마이크로-렌즈들(122)은 2개의 갭들을 가질 수 있으며, 하나의 갭은 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B) 내의 비교적 더 작은 갭이고, 다른 하나는 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)과 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B) 사이의 비교적 더 큰 갭이다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 상단 막(124)을 통합하는 것은 2개의 갭들 사이의 사이즈들의 차이를 증가시킬 수 있다. 게다가, 상단 막(124)을 증착한 후에, 비교적 더 작은 갭은 비교적 더 큰 갭의 제2 깊이(D2)보다 더 작은 제1 깊이(D1)를 갖는 조인트 심이 될 수 있다. 마이크로-렌즈들(122)의 위의 특징들은, 각각의 감지 부분(106)이 불충분한 양의 진입 광을 수용하는 문제를 해결할 뿐만 아니라 종래의 위상차 오토포커스 픽셀이 보유하는 오토포커스 기능을 달성할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른, 다양한 중간 제작 스테이지들에서의 다른 이미지 센서의 단면도들이다. 도 3a 및 도 3b는 이미지 센서(20)의 프로세스 플로우를 예시한다. 도 2e에 도시된 이미지 센서(10)와 비교하면, 이미지 센서(20)의 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B) 내의 마이크로-렌즈들(122)이 서로 인접해 있다. 이미지 센서(20)의 기판(102), 복수의 딥 트렌치 격리 구조들(104), 복수의 감지 부분들(106), 컬러 필터 층(110), 파티션 그리드 구조(112), 및 광 차폐 구조(114)의 특징들은 이미지 센서(10)의 특징들과 유사하고, 반복을 피하기 위해 여기서 세부사항들은 다시 설명되지 않는다.
도 3a를 참조한다. 이 실시예의 포토마스크(140)(단순화를 위해 도시되지 않음)는 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B) 내의 결과적인 마이크로-렌즈들(122)이 실질적으로 서로 인접해 있도록 설계된다. 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)의 우측 오토포커스 센서 유닛(100A-R) 상의 마이크로-렌즈(122)와 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)의 좌측 오토포커스 센서 유닛(100B-L) 상의 마이크로-렌즈(122) 사이에 있는 이미지 센서(20)의 갭은 이미지 센서(10)의 갭과 실질적으로 동일하다.
도 3b를 참조한다. 상단 막(124)이 복수의 마이크로-렌즈들(122)의 상단 표면 및 마이크로-렌즈 재료 층(120)의 하단 부분의 노출된 표면 상에 등각적으로 증착된다. 일부 실시예들에서, 상단 막(124)은 이미지 센서(20)의 전체 표면을 덮는 연속 구조이다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 상단 막(124)의 재료는 마이크로-렌즈들(122)(또는 마이크로-렌즈 재료 층(120))의 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 갖는다. 상단 막(124)의 증착 후에, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)의 좌측 오토포커스 센서 유닛(100A-L) 상의 마이크로-렌즈(122)와 우측 오토포커스 센서 유닛(100A-R) 상의 마이크로-렌즈(122) 사이의 조인트 심은 제1 깊이(D1')를 가지며, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)의 우측 오토포커스 센서 유닛(100A-R) 상의 마이크로-렌즈(122)와 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)의 좌측 오토포커스 센서 유닛(100B-L) 상의 마이크로-렌즈(122) 사이의 갭은 제2 깊이(D2)를 가지며, 여기서, 제1 깊이(D1')는 제2 깊이(D2)보다 더 작다. 이미지 센서(20)의 제1 깊이(D1')는 이미지 센서(10)의 제1 깊이(D1)보다 더 작은 한편, 이미지 센서(20)의 제2 깊이(D2)는 이미지 센서(10)의 제2 깊이(D2)와 실질적으로 동일하다는 것을 유의한다.
여전히 도 3b를 참조한다. 제1 깊이(D1')는 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B) 내의 마이크로-렌즈들(122) 사이의 조인트 심을 정의하고, 조인트 심 내의 마이크로-렌즈들(122)의 부분은 제1 곡률 반경(R1')을 갖는다. 제2 깊이(D2)는 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)과 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B) 사이의 마이크로-렌즈들(122)의 갭을 정의하고, 갭 내의 마이크로-렌즈들(122)의 부분은 제2 곡률 반경(R2)을 갖는다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 제1 곡률 반경(R1')은 제2 곡률 반경(R2)보다 더 크다. 이미지 센서(20)의 제1 곡률 반경(R1')은 이미지 센서(10)의 제1 곡률 반경(R1)보다 더 큰 한편, 이미지 센서(20)의 제2 곡률 반경(R2)은 이미지 센서(10)의 제2 곡률 반경(R2)과 실질적으로 동일하다는 것을 유의한다. 이미지 센서(10)와 비교하면, 이미지 센서(20)의 결과적인 구조는 제1 깊이(D1')와 제2 깊이(D2) 사이의 차이와, 제1 곡률 반경(R1')과 제2 곡률 반경(R2) 사이의 차이 둘 모두가 이미지 센서(10)로부터의 차이들보다 더 큰 것을 예시한다. 일부 실시예들에서, 이미지 센서(20)는 진입 광을 추적 및 검출하기 위해 이미지 센서(10)보다 더 효과적인 오토포커스 기능을 가질 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시내용의 다른 실시예들에 따른, 다양한 중간 제작 스테이지들에서의 다른 이미지 센서의 단면도들이다. 도 4a 및 도 4b는 이미지 센서(30)의 프로세스 플로우를 예시한다. 도 2e에 도시된 이미지 센서(10) 및 도 3b에 도시된 이미지 센서(20)와 비교하면, 이미지 센서(30)의 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B) 내의 마이크로-렌즈들(122)이 서로 중첩되어 있다. 이미지 센서(30)의 기판(102), 복수의 딥 트렌치 격리 구조들(104), 복수의 감지 부분들(106), 컬러 필터 층(110), 파티션 그리드 구조(112), 및 광 차폐 구조(114)의 특징들은 이미지 센서(10) 또는 이미지 센서(20)의 특징들과 유사하고, 반복을 피하기 위해 여기서 세부사항들은 다시 설명되지 않는다.
도 4a를 참조한다. 이 실시예의 포토마스크(140)(단순화를 위해 도시되지 않음)는 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B) 내의 결과적인 마이크로-렌즈들(122)이 서로 중첩되어 있도록 설계된다. 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)의 우측 오토포커스 센서 유닛(100A-R) 상의 마이크로-렌즈(122)와 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)의 좌측 오토포커스 센서 유닛(100B-L) 상의 마이크로-렌즈(122) 사이에 있는 이미지 센서(30)의 갭은 이미지 센서(10) 또는 이미지 센서(20)의 갭과 실질적으로 동일하다.
도 4b를 참조한다. 상단 막(124)이 복수의 마이크로-렌즈들(122)의 상단 표면 및 마이크로-렌즈 재료 층(120)의 하단 부분의 노출된 표면 상에 등각적으로 증착된다. 일부 실시예들에서, 상단 막(124)은 이미지 센서(30)의 전체 표면을 덮는 연속 구조이다. 본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 상단 막(124)의 재료는 마이크로-렌즈들(122)(또는 마이크로-렌즈 재료 층(120))의 굴절률보다 더 낮은 굴절률을 갖는다. 상단 막(124)의 증착 후에, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B) 내의 마이크로-렌즈들(122) 사이에 실질적으로 둥근 상단 표면이 형성되고, 여기서, 제1 깊이는 존재하지 않으며, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)의 우측 오토포커스 센서 유닛(100A-R) 상의 마이크로-렌즈(122)와 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B)의 좌측 오토포커스 센서 유닛(100B-L) 상의 마이크로-렌즈(122) 사이의 갭은 여전히 제2 깊이(D2)를 갖는다. 이미지 센서(30)의 제2 깊이(D2)는 이미지 센서(10) 또는 이미지 센서(20)의 제2 깊이(D2)와 실질적으로 동일하다는 것을 유의한다.
여전히 도 4b를 참조한다. 특히 이 실시예에서, 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A 또는 100B)을 덮는 상단 막(124)의 부분은 외관상 단일 마이크로-렌즈 구조로 보이며, 이는 종래의 위상차 오토포커스 픽셀 구조와 매우 유사하다. 제2 깊이(D2)는 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100A)과 오토포커스 센서 유닛들의 그룹(100B) 사이의 마이크로-렌즈들(122)의 갭을 정의하고, 갭 내의 마이크로-렌즈들(122)의 부분은 제2 곡률 반경(R2)을 갖는다. 이미지 센서(10) 및 이미지 센서(20)와 비교하면, 이미지 센서(30)의 결과적인 구조는, 외관에서, 하나의 특정 깊이(예컨대, 제2 깊이(D2) 및 하나의 특정 곡률 반경(예컨대, 제2 곡률 반경(R2))만이 존재한다. 이러한 방식으로, 이미지 센서(30)는 진입 광을 추적 및 검출하기 위한 종래의 위상차 오토포커스 픽셀로서 기능할 수 있지만, 감지 부분들(106)이 불충분한 양의 진입 광을 수용하는 문제는 없다.
전술된 바는 당업자가 본 개시내용의 양태들을 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.
게다가, 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 (4)
- 이미지 센서로서,
오토포커스 센서 유닛들의 복수의 그룹들 ― 상기 오토포커스 센서 유닛들의 그룹들 각각은 복수의 감지 부분들, 상기 감지 부분들 상에 배치된 컬러 필터 층, 및 상기 컬러 필터 층 상에 그리고 대응하여 상기 복수의 감지 부분들 위에 배치된 복수의 마이크로-렌즈들을 포함함 ―; 및
상기 복수의 마이크로-렌즈들 상에 등각적으로 배치된 상단 막;
을 포함하며,
상기 오토포커스 센서 유닛들의 그룹들 중 하나 내의 상기 마이크로-렌즈들 사이의 조인트 심(joint seam)은 제1 깊이를 갖고,
상기 오토포커스 센서 유닛들의 복수의 그룹들 사이의 상기 마이크로-렌즈들 사이의 갭은 제2 깊이를 가지며,
상기 제2 깊이는 상기 제1 깊이보다 더 크며,
상기 오토포커스 센서 유닛들의 그룹들 중 하나 내의 인접한 2 개의 마이크로-렌즈들은 서로 간격을 두고 이격되어 있고, 상기 간격은, 상기 오토포커스 센서 유닛들의 복수의 그룹들 사이의 마이크로-렌즈들 사이의 상기 갭보다 작고,
상기 복수의 마이크로-렌즈들은, 마이크로-렌즈 재료 층의 상단 부분만을 에칭하고 상기 마이크로-렌즈 재료 층의 나머지 하단 부분은 에칭하지 않음으로써 형성된 것이며,
상기 상단 막은 상기 복수의 마이크로-렌즈들의 상단 표면 및 상기 마이크로-렌즈 재료 층의 상기 하단 부분의 노출된 표면 상에 등각적으로 증착된 것인,
이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 감지 부분들은 기판 내에 매립되며,
상기 기판은 상기 복수의 감지 부분들을 분리하는 복수의 딥 트렌치 격리 구조들을 더 포함하는,
이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 컬러 필터 층 내의 파티션 그리드 구조, 및 상기 파티션 그리드 구조 내에 매립된 광 차폐 구조를 더 포함하며,
상기 파티션 그리드 구조는 상기 오토포커스 센서 유닛들의 그룹들 각각을 분리하는,
이미지 센서. - 제1항에 있어서,
상기 조인트 심 내의 상기 마이크로-렌즈들의 일부는 제1 곡률 반경을 갖고, 상기 갭 내의 상기 마이크로-렌즈들의 상이한 부분은 제2 곡률 반경을 갖고, 상기 제1 곡률 반경은 상기 제2 곡률 반경보다 더 크며,
상기 상단 막의 굴절률은 상기 마이크로-렌즈들의 굴절률보다 더 낮은,
이미지 센서.
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