KR20230150175A - 솔리드-스테이트 이미지 센서 - Google Patents

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KR20230150175A
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천-유안 왕
칭-후아 리
종-루 투
유-치 창
한-린 우
훙-젠 차이
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비스에라 테크놀러지스 컴퍼니 리미티드
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Abstract

솔리드-스테이트 이미지 센서가 제공된다. 솔리드-스테이트 이미지 센서는 광전 변환 요소들 및 광전 변환 요소들 위에 배치된 컬러 필터층을 포함한다. 컬러 필터층은 제1 컬러 필터 세그먼트 및 제1 컬러 필터 세그먼트에 인접한 제2 컬러 필터 세그먼트를 갖는다. 제1 컬러 필터 세그먼트와 제2 컬러 필터 세그먼트는 상이한 컬러에 대응한다. 솔리드-스테이트 이미지 센서는 제1 컬러 필터 세그먼트 또는 제2 컬러 필터 세그먼트에 배치된 광-분할 구조체 및 제1 컬러 필터 세그먼트와 제2 컬러 필터 세그먼트 사이에 배치된 그리드 구조체를 추가로 포함한다. 광-분할 구조체는 그리드 구조체와 분리되어 있다.

Description

솔리드-스테이트 이미지 센서 {SOLID-STATE IMAGE SENSOR}
본 개시의 실시예는 이미지 센서에 관한 것으로, 특히 컬러 필터층에 배치된 광-분할 구조체(light-splitting structure)를 포함하는 솔리드-스테이트 이미지 센서에 관한 것이다.
솔리드-스테이트 이미지 센서(예를 들어, 전하-결합 디바이스(CCD: charge-coupled device) 이미지 센서, 상보형 금속-산화물 반도체(CMOS: complementary metal-oxide semiconductor) 이미지 센서 등)는 디지털 스틸-이미지 카메라, 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 이미지-캡처 장치에서 널리 사용되고 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서의 광-감지부가 각각의 화소에 형성될 수 있으며, 신호 전하가 광-감지부에서 수광된 광량에 따라 생성될 수 있다. 또한, 광-감지부에서 생성된 신호 전하는 전달 및 증폭될 수 있으며, 이에 의해 이미지 신호가 획득된다.
종래의 다중-PD(즉, 하나의 마이크로 렌즈가 2개, 4개 또는 그 이상의 포토 다이오드에 대응) 솔리드-스테이트 이미지 센서에서, 긴 파장을 갖는 광이 솔리드-스테이트 이미지 센서에 진입한 후 격리 구조체(예를 들어, 깊은 트렌치 격리부(DTI: deep trench isolation)) 상에 포커싱될 수 있으며, 이는 강한 산란을 일으키고 크로스토크(crosstalk)를 생성할 수 있다. 따라서, 솔리드-스테이트 이미지 센서의 설계 및 제조에는 여전히 다양한 과제가 있다.
본 개시의 일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서는 컬러 필터층(의 컬러 필터 세그먼트)에 배치된 광-분할 구조체를 포함하고, 이는 산란 및 크로스토크를 효과적으로 감소시킬 수 있고, 이에 의해 솔리드-스테이트 이미지 센서의 광전 변환 요소로부터의 이미지 신호의 품질을 개선할 수 있다.
본 개시의 일부 실시예에 따르면, 솔리드-스테이트 이미지 센서가 제공된다. 솔리드-스테이트 이미지 센서는 광전 변환 요소(photoelectric conversion element)들 및 광전 변환 요소들 위에 배치된 컬러 필터층을 포함한다. 컬러 필터층은 제1 컬러 필터 세그먼트 및 제1 컬러 필터 세그먼트에 인접한 제2 컬러 필터 세그먼트를 갖는다. 제1 컬러 필터 세그먼트와 제2 컬러 필터 세그먼트는 상이한 컬러에 대응한다. 솔리드-스테이트 이미지 센서는 제1 컬러 필터 세그먼트 또는 제2 컬러 필터 세그먼트에 배치된 광-분할 구조체 및 제1 컬러 필터 세그먼트와 제2 컬러 필터 세그먼트 사이에 배치된 그리드 구조체를 추가로 포함한다. 광-분할 구조체는 그리드 구조체와 분리되어 있다.
일부 실시예에서, 광전 변환 요소들은 제1 광전 변환 요소들과 제2 광전 변환 요소들로 분할된다. 제1 컬러 필터 세그먼트는 제1 광전 변환 요소들에 대응하고, 제2 컬러 필터 세그먼트는 제2 광전 변환 요소들에 대응한다.
일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서는 광전 변환 요소들 사이에 배치되고 제1 격리 세그먼트들과 제2 격리 세그먼트들을 갖는 격리 구조체를 포함한다. 제1 격리 세그먼트들은 제1 광전 변환 요소들과 제2 광전 변환 요소들 사이에 배치되고, 제2 격리 세그먼트들은 제1 광전 변환 요소들 사이와 제2 광전 변환 요소들 사이에 배치된다. 그리드 구조체는 제1 격리 세그먼트들에 대응하고, 광-분할 구조체는 적어도 하나의 제2 격리 세그먼트에 대응한다.
일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서를 위에서 볼 때(from the top view), 광-분할 구조체는 대응하는 제2 격리 세그먼트와 중첩된다.
일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서를 위에서 볼 때, 광-분할 구조체의 프로파일이 십자형인 경우, 광-분할 구조체는 대응하는 제2 격리 세그먼트로부터 0 내지 45 도만큼 오프셋된다.
일부 실시예에서, 그리드 구조체는 제1 격리 세그먼트들에 대한 제1 시프트(shift)를 갖고, 광-분할 구조체는 대응하는 제2 격리 세그먼트에 대한 제2 시프트를 갖는다.
일부 실시예에서, 제1 시프트는 제2 시프트와 상이하다.
일부 실시예에서, 광-분할 구조체의 높이는 그리드 구조체의 높이 이하이다.
일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서를 위에서 볼 때, 광-분할 구조체의 프로파일은 원형, 정사각형, 직사각형 또는 십자형이다.
일부 실시예에서, 광-분할 구조체의 폭은 50 nm 내지 200 nm이다.
일부 실시예에서, 컬러 필터층의 높이에 대한 광-분할 구조체의 높이의 비율은 0.3 내지 0.9이다.
일부 실시예에서, 광-분할 구조체의 굴절률은 1 내지 1.45이다.
일부 실시예에서, 광-분할 구조체는 제1 컬러 필터 세그먼트 또는 제2 컬러 필터 세그먼트의 중앙에 배치된 제1 부분과, 제1 컬러 필터 세그먼트 또는 제2 컬러 필터 세그먼트의 적어도 하나의 모서리(corner) 부근에 배치된 제2 부분을 갖는다.
일부 실시예에서, 광-분할 구조체는 2개의 광전 변환 요소 또는 4개의 광전 변환 요소에 대응한다.
일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서는 광-분할 구조체의 바닥 상에 배치된 내부 기둥을 포함한다. 내부 기둥은 불투명한 재료를 포함한다.
일부 실시예에서, 내부 기둥의 폭은 50 nm 내지 100 nm이고, 내부 기둥의 높이는 150 nm 미만이다.
일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서는 광-분할 구조체의 바닥 상에 배치된 보조 광-분할 구조체를 추가로 포함한다.
일부 실시예에서, 보조 광-분할 구조체는 그리드 구조체의 바닥 상에 추가로 배치된다.
일부 실시예에서, 보조 광-분할 구조체는 광-분할 구조체와 상이한 적어도 하나의 재료를 포함하고, 보조 광-분할 구조체의 굴절률은 1 내지 1.65이다.
일부 실시예에서, 보조 광-분할 구조체의 폭은 광-분할 구조체의 폭 이상이고, 보조 광-분할 구조체의 높이는 50 nm 내지 350 nm이다.
본 개시는 첨부된 도면과 함께 읽을 때 이하의 상세한 설명으로부터 더 완전히 이해될 수 있다. 업계의 표준 관행에 따라 다양한 피처(feature)가 스케일대로 도시되지 않는다는 점에 유의할 가치가 있다. 실제로, 다양한 피처의 치수는 논의의 명료성을 위해 임의로 증가 또는 감소될 수 있다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 단면도이다.
도 3은 입사광의 에너지 필드 분포의 개략도이다.
도 4는 본 개시의 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 5는 본 개시의 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 6은 본 개시의 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 7은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 8은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
도 9는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 10은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
도 11은 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 12는 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
도 13은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 14는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
도 15는 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 16은 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
도 17은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
도 18은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 19는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
도 20은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 21은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
도 22는 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 23a 내지 도 23f는 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 24는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 25는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
도 26은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 27은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
도 28은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 29는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
도 30은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시하는 평면도이다.
도 31은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도이다.
이하의 개시는 제공된 주제의 상이한 피처를 구현하기 위한 다수의 상이한 실시예 또는 예를 제공한다. 구성 요소 및 배열의 특정 예는 본 개시를 단순화하기 위해 아래에 설명된다. 물론 이는 단지 예시일 뿐이며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다. 예를 들어, 다음 설명에서 제1 피처가 제2 피처 상에 형성된다는 것은 제1 피처와 제2 피처가 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있고, 또한 제1 피처와 제2 피처가 직접 접촉할 수 없도록 제1 피처와 제2 피처 사이에 추가 피처가 형성될 수 있는 실시예를 포함할 수 있다.
예시된 방법 이전, 도중 또는 이후에 추가 단계가 구현될 수 있으며, 일부 단계가 예시된 방법의 다른 실시예에서 대체되거나 생략될 수 있음을 이해해야 한다.
또한, "밑(beneath)", "아래(below)", "하위(lower)", "상에(on)", "위(above)", "상위(upper)" 등과 같이 공간적으로 상대적인 용어가 도면에 도시된 바와 같이 다른 요소 또는 피처에 대한 하나의 요소 또는 피처의 관계를 설명하기 위해 설명의 편의를 위해 본원에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시된 배향에 추가하여 사용 또는 동작 중인 디바이스의 다른 배향을 포함하도록 의도된다. 장치는 다르게 배향될 수 있고(90 도 또는 다른 배향으로 회전) 본원에 사용된 공간적으로 상대적인 설명자도 그에 따라 마찬가지로 해석될 수 있다.
본 개시에서, "약", "대략" 및 "실질적으로"와 같은 용어는 통상적으로 언급된 값의 +/-20%, 보다 통상적으로 언급된 값의 +/-10%, 보다 통상적으로 언급된 값의 +/-5%, 보다 통상적으로 언급된 값의 +/-3%, 보다 통상적으로 언급된 값의 +/-2%, 보다 통상적으로 언급된 값의 +/-1%, 보다 더 통상적으로 언급된 값의 +/-0.5%를 의미한다. 본 개시의 언급된 값은 근사적인 값이다. 즉, "약", "대략" 및 "실질적으로"와 같은 용어 대한 구체적인 설명이 없는 경우, 언급된 값은 "약", "대략" 또는 "실질적으로"의 의미를 포함한다.
달리 정의되지 않는 한, 본원에서 사용되는 모든 용어(기술적 및 과학적 용어를 포함)는 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 개시의 실시예에서 명시적으로 정의되지 않는 한 이상화되거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않을 것이다.
본 개시는 이하의 실시예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순함과 명료함을 목적으로 하며, 그 자체로 논의된 다양한 실시예 및/또는 구성 간의 관계를 나타내지 않는다.
도 1은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 2는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)의 일부를 도시할 수 있는 단면도 CS1이다. 예를 들어, 도 2는 도 1의 A-A' 라인에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)의 일부의 단면도일 수 있다. 간결함을 위해 도 1 및 도 2에서 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)의 일부 구성 요소가 생략되었음에 유의해야 한다.
도 2를 참조하면, 일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)는 반도체 기판(10)을 포함한다. 반도체 기판(10)은 웨이퍼 또는 칩일 수 있다. 예를 들어, 반도체 기판(10)은 실리콘을 포함할 수 있으나, 본 개시는 이에 한정되지 않는다.
일부 실시예에서, 반도체 기판(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 광전 변환 요소(11B) 및 광전 변환 요소(11R)와 같은 복수의 광전 변환 요소(11)를 갖는다. 광전 변환 요소(11)는 상이한 컬러의 광을 수신하는 데 사용된다. 예를 들어, 광전 변환 요소(11B)는 청색광을 수신하는 데 사용될 수 있고, 광전 변환 요소(11R)는 적색광을 수신하는 데 사용될 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 반도체 기판(10)은 예를 들어, 녹색광, 황색광, 백색광, 시안(cyan)광 또는 IR/NIR을 수신하는 데 사용될 수 있는 다른 광전 변환 요소를 가질 수 있으며, 이는 실제 필요에 따라 조정될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)는 광전 변환 요소들(11) 사이에 배치된 격리 구조체(13)를 포함한다. 예를 들어, 격리 구조(13)는 얕은 트렌치 격리부(STI: shallow trench isolation) 또는 깊은 트렌치 격리부(DTI: deep trench isolation)를 포함할 수 있다. 격리 구조체(13)는 에칭 프로세스를 사용하여 반도체 기판(10)에 형성되어 트렌치를 형성하고 트렌치를 절연 재료 또는 유전 재료로 채울 수 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다.
도 2의 단면도 CS1에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 격리 구조체(13)는 제1 격리 세그먼트(13S1) 및 제2 격리 세그먼트(13S2)를 갖고(또는 이로 분할되고), 제1 격리 세그먼트(13S1)는 광전 변환 요소(11B)와 광전 변환 요소(11R) 사이에 배치되고, 제2 격리 세그먼트(13S2)는 광전 변환 요소들(11B) 사이 및 광전 변환 요소들(11R) 사이에 배치된다. 즉, 제1 격리 세그먼트(13S1)는 상이한 컬러 광을 수신하는 광전 변환 요소(11)를 분리하는 데 사용될 수 있고, 제2 격리 세그먼트(13S2)는 동일한 컬러 광을 수신하는 광전 변환 요소(11)를 분리하는 데 사용될 수 있다. 제1 격리 세그먼트(13S1) 및 제2 격리 세그먼트(13S2)는 도 1의 평면도에서 점선으로 도시된다는 점에 유의해야 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)는 광전 변환 요소(11)(반도체 기판(10)) 위에 배치된 컬러 필터층(20)을 포함한다. 일부 실시예에서, 컬러 필터층(20)은 광전 변환 요소(11)에 대응하는 컬러 필터 세그먼트를 갖는다(또는 이로 분할된다). 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 컬러 필터층(20)은 광전 변환 요소(11B)에 대응하는 청색 필터 세그먼트(20SB)와 광전 변환 요소(11R)에 대응하는 적색 필터 세그먼트(20SR)를 가질 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 컬러 필터층(20)은 다른 광전 변환 요소에 대응하는 녹색 필터 세그먼트(20SG)(도 1에 도시된 2개의 녹색 필터 세그먼트(20SG)가 있음)를 가질 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 다른 실시예에서, 컬러 필터층(20)은 다른 컬러 필터 세그먼트를 갖는다(또는 이로 분할된다). 예를 들어, 컬러 필터층(20)은 황색 필터 세그먼트, 백색 필터 세그먼트, 시안색 필터 세그먼트, 마젠타색 필터 세그먼트 또는 IR/NIR 컬러 필터 세그먼트를 가질 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)는 컬러 필터 세그먼트들 사이에 배치된 그리드 구조체(30)를 포함한다. 예를 들어, 도 1(그리고 도 2)에 도시된 바와 같이, 그리드 구조체(30)는 녹색 필터 세그먼트(20SG)와 적색 필터 세그먼트(20SR) 사이, 그리고 녹색 필터 세그먼트(20SG)와 청색 필터 세그먼트(20SB) 사이에 배치될 수 있지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 그리드 구조체(30)는 약 1.0 내지 약 1.99 범위의 저굴절률을 갖는 투명 유전 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 그리드 구조체(30)의 굴절률은 컬러 필터층(20)(적색 필터 세그먼트(20SR), 녹색 필터 세그먼트(20SG), 청색 필터 세그먼트(20SB) 등을 포함)의 굴절률보다 낮다.
그리드 구조체(30)는 반도체 기판(10) 상에 유전층을 피착한 후 포토리소그래피 및 에칭 프로세스를 사용하여 유전층을 패턴화하여 형성될 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 그리드 구조체(30)는 제1 격리 세그먼트(13S1)에 대응한다. 예를 들어, 그리드 구조물체(30)의 중심 축(C30)은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 격리 세그먼트(13S1)의 중심 축(C13S1)과 중첩될 수 있다. 또한, 그리드 구조체(30)는 제1 격리 세그먼트(13S1)와 정렬될 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)는 적어도 하나의 컬러 필터 세그먼트에 배치된 광-분할 구조체(40)를 포함한다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 광-분할 구조체(40)는 적색 필터 세그먼트(20SR), 녹색 필터 세그먼트(20SG) 및 청색 필터 세그먼트(20SB)에 배치될 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
광-분할 구조체(40)의 재료 및 제조 방법은 그리드 구조체(30)의 재료 및 제조 방법과 동일하거나 유사할 수 있다. 즉, 광-분할 구조체(40)는 투명한 유전 재료를 포함할 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 않는다. 일부 실시예에서, 광-분할 구조체(40)의 굴절률은 약 1 내지 약 1.45이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 광-분할 구조체(40)는 그리드 구조체(30)로부터 분리된다. 또한, 일부 실시예에서, 광-분할 구조체(40)는 적어도 하나의 제2 격리 세그먼트(13S2)에 대응한다. 예를 들어, 광-분할 구조체(40)의 중심 축(C40)은 도 2에 도시된 바와 같이 대응하는 제2 격리 세그먼트(13S2)의 중심 축 C13S2와 중첩될 수 있지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)(예를 들어, 도 1)를 위에서 볼 때, 광-분할 구조체(40)의 프로파일은 정사각형이지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 다른 실시예에서, 광-분할 구조체(40)의 프로파일은 원형, 직사각형, 십자형, 또는 임의의 다른 적절한 형상이다. 또한, 일부 실시예에서, 광-분할 구조체(40)의 폭(W40)은 약 50 nm 내지 약 200 nm이다. 여기서, 광-분할 구조체(40)의 폭(W40)은 광-분할 구조체(40)의 평행한 두 변의 최단 거리로 정의된다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)(도 1에 도시)를 예로 들면, 광-분할 구조체(40)의 폭(W40)은 정사각형의 변의 길이로 정의된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 컬러 필터층(20)의 높이(H20)는 그리드 구조체(30)의 높이(H30)와 동일하다. 또한, 일부 실시예에서, 광-분할 구조체(40)의 높이(H40)는 컬러 필터층(20)의 높이(H20)보다 낮다. 일부 실시예에서, 컬러 필터층(20)의 높이(H20)에 대한 광-분할 구조체(40)의 높이(H40)의 비율(즉, H40/H20)은 약 0.3 내지 약 0.9이다.
본 개시의 실시예에서, 컬러 필터층(20)(의 컬러 필터 세그먼트)에 배치된 광-분할 구조체(40)는 산란 및 크로스토크를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)의 광전 변환 요소(11)로부터의 이미지 신호의 품질을 개선할 수 있다. 컬러 필터층(20)의 높이(H20)에 대한 광-분할 구조체(40)의 높이(H40)의 비율(즉, H40/H20)이 0.3보다 작으면, 광-분할 구조체(40)는 산란 및 크로스토크를 감소시키지 않을 수 있으며; 컬러 필터층(20)의 높이(H20)에 대한 광-분할 구조체(40)의 높이(H40)의 비율(즉, H40/H20)이 0.9보다 크면, 크로스토크가 컬러 필터층(20)에서 발생할 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 광-분할 구조체(40)는 모든 컬러 필터 세그먼트(예를 들어, 적색 필터 세그먼트(20SR), 녹색 필터 세그먼트(20SG) 및 청색 필터 세그먼트(20SB))에 배치되지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 다른 실시예에서, 광-분할 구조체(40)는 특정 컬러 필터 세그먼트(예를 들어, 녹색 필터 세그먼트(20SG))에만 배치된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 각각의 분할 구조체(40)는 4개의 광전 변환 요소(11)에 대응하고, 4개의 광전 변환 요소(11)는 2×2 어레이를 형성하지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 다른 실시예에서, 광-분할 구조체(40)는 2개의 광전 변환 요소(11)에 대응한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)는 그리드 구조체(30)의 바닥 상에 배치된 차광층(32)을 포함한다. 차광층(32)은 금속을 포함할 수 있으며, 금속 그리드 구조체로 칭해질 수 있다. 예를 들어, 금속은 금(Au), 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등, 이들의 합금 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2에 도시된 바와 같이, 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)는 컬러 필터층(20) 위에 배치된 콘덴싱(condensing) 구조체(50)를 포함한다. 콘덴싱 구조체(50)는 유리, 에폭시 수지, 실리콘 수지, 폴리우레탄, 임의의 다른 적용 가능한 재료 또는 이들의 조합을 포함할 수 있지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 콘덴싱 구조체(50)는 포토레지스트 리플로우(reflow) 방법, 핫 엠보싱(hot embossing) 방법, 임의의 다른 적용 가능한 방법, 또는 이들의 조합에 의해 형성될 수 있다. 또한, 콘덴싱 구조체(50)를 형성하는 단계는 스핀 코팅(spin coating) 프로세스, 리소그래피 프로세스, 에칭 프로세스, 임의의 다른 적용 가능한 프로세스 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 2에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 각각의 콘덴싱 구조체(50)는 하나의 컬러 필터 세그먼트(예를 들어, 적색 필터 세그먼트(20SR), 녹색 필터 세그먼트(20SG) 또는 청색 필터 세그먼트(20SB))에 대응한다. 유사하게, 일부 실시예(예를 들어, 도 1에 도시된 실시예)에서, 각각의 콘덴싱 구조체(50)는 4개의 광전 변환 요소(11)에 대응하고, 4개의 광전 변환 요소(11)는 2×2 어레이(4분할 포토 다이오드(QRD: quadratic photo diode)로 지칭될 수 있음)를 형성하지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 다른 실시예에서, 각각의 콘덴싱 구조체(50)는 2개의 광전 변환 요소(11)(듀얼 포토 다이오드(DPD: dual photo diode)로 지칭될 수 있음)에 대응한다.
콘덴싱 구조체(50)는 마이크로-렌즈일 수 있다. 예를 들어, 마이크로-렌즈는 반(semi)-볼록 렌즈 또는 볼록 렌즈를 포함할 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 콘덴싱 구조체(50)는 또한 마이크로-피라미드 구조체(예를 들어, 원형 원뿔, 사각 피라미드 등) 또는 마이크로-사다리꼴 구조체(예를 들어, 편평한 상단의 원뿔, 잘려진 정사각 피라미드 등)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 콘덴싱 구조체(50)는 기울기-지표(gradient-index) 구조체일 수 있다.
도 3은 입사광 L의 에너지 필드 분포의 개략도이다. 도 3을 참조하면, 입사광 L이 (콘덴싱 구조체(50)를 통해) 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)로 진입하여 광-분할 구조체(40)와 접촉하면, 이는 광 L1과 광 L2로 분할(분리)될 수 있다. 광-분할 구조체(40)는 저굴절률(예를 들어, 약 1 내지 약 1.45)을 갖는 투명 유전 재료를 포함하기 때문에, 입사광 L은 낮은 에너지 손실로만 분할되며, 광-분할 구조체(40)의 중심 부근의 입사광 L의 에너지 필드는 도 3에 도시된 바와 같이 소멸파(evanescent wave)를 나타낼 수 있다.
도 4는 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(102)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 5는 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(104)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 6은 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(106)의 일부를 도시하는 평면도이다. 예를 들어, 도 4에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(102), 도 5에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(104) 및 도 6에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(106)는 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와 유사한 단면도를 가질 수 있다.
즉, 도 2는 또한 도 4의 라인 B-B'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(102)의 일부, 도 5의 라인 C-C'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(104)의 일부 또는 도 6의 라인 D-D'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(106)의 일부의 단면도일 수 있다. 유사하게, 솔리드-스테이트 이미지 센서(102), 솔리드-스테이트 이미지 센서(104) 및 솔리드-스테이트 이미지 센서(106)의 일부 구성 요소는 간결함을 위해 도 4 내지 도 6에서 생략되었다.
도 4를 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(102)는 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와 유사한 구조를 갖는다. 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와의 주요 차이점은 광-분할 구조체(40) 각각이 2개의 광전 변환 요소(11)에 대응하고, 2개의 광전 변환 요소(11)는 1×2(또는 2×1) 어레이를 형성한다는 것이다. 또한, 각각의 콘덴싱 구조체(50)(도 4에 미도시)는 2개의 광전 변환 요소(11)(이는 듀얼 포토 다이오드(DPD)로 지칭될 수 있음)에 대응한다.
도 5를 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(104)는 도 4에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(102)와 유사한 구조를 갖는다. 도 4에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(102)와의 주요 차이점은 솔리드-스테이트 이미지 센서(104)(예를 들어, 도 5)를 위에서 볼 때, 광-분할 구조체(40)의 프로파일이 직사각형이라는 것이다. 또한, 일부 실시예에서, 광-분할 구조체(40)의 폭(W40)은 약 50 nm 내지 약 200 nm이다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(104)(도 5에 도시)를 예로 들면, 광-분할 구조체(40)의 폭(W40)은 직사각형의 짧은 변 길이로 정의된다.
도 6을 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(106)는 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와 유사한 구조를 갖는다. 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와의 주요 차이점은 솔리드-스테이트 이미지 센서(106)(예를 들어, 도 6)를 위에서 볼 때, 광-분할 구조체(40)의 프로파일이 십자형이라는 것이다. 즉, 솔리드-스테이트 이미지 센서(106)(예를 들어, 도 6)를 위에서 볼 때, 광-분할 구조체(40)의 프로파일은 2개의 교차하는 직사각형에 의해 형성될 수 있다. 또한, 일부 실시예에서, 광-분할 구조체(40)의 폭(W40)은 약 50 nm 내지 약 200 nm이다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(106)(도 6에 도시)를 예로 들면, 광-분할 구조체(40)의 폭(W40)은 각각의 직사각형의 짧은 변의 길이로 정의된다.
도 7은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(108)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 8은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(108)의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS2)이다. 예를 들어, 도 8은 도 7의 라인 E-E'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(108)의 일부의 단면도일 수 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(108)의 일부 구성 요소는 간결함을 위해 도 7 및 도 8에서 생략되었음에 유의해야 한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(108)는 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와 유사한 구조를 갖는다. 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와의 주요 차이점은 솔리드-스테이트 이미지 센서(108)가 광-분할 구조체(40)의 바닥 상에 배치된 내부 기둥(45)을 추가로 포함한다는 것이다. 일부 실시예에서, 내부 기둥(45)의 개수는 광-분할 구조체(40)의 개수와 동일하여, 4개의 내부 기둥(45)이 도 7의 대응하는 광-분할 구조체(40)의 바닥 상에 배치되지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 다른 실시예에서, 내부 기둥(45)의 개수는 광-분할 구조체(40)의 개수와 상이(미만)하며, 이는 실제 필요에 의해 조정될 수 있다.
일부 실시예에서, 내부 기둥(45)은 불투명한 재료를 포함한다. 내부 기둥(45)의 투과율은 약 50% 미만일 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 광-분할 구조체(40)의 바닥 상에 배치된 내부 기둥(45)은 산란 및 크로스토크를 추가로 감소시킬 수 있다. 내부 기둥(45)은 차광층(32)과 동일 또는 유사한 재료를 포함할 수 있으며, 동일한 프로세스에 의해 차광층(32)과 동시에 형성될 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 내부 기둥(45)은 구리(Cu), 은(Ag) 등과 같은 금속을 포함할 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 대안적으로, 내부 기둥(45)은 포토레지스트(예를 들어, 흑색 포토레지스트, 또는 투명하지 않은 임의의 다른 적용 가능한 포토레지스트), 잉크(예를 들어, 흑색 잉크, 또는 투명하지 않은 임의의 다른 적용 가능한 잉크), 몰딩 화합물(예를 들어, 흑색 몰딩 화합물 또는 투명하지 않은 임의의 다른 적용 가능한 몰딩 화합물), 솔더 마스크(예를 들어, 흑색 솔더 마스크 또는 투명하지 않은 임의의 다른 적용 가능한 솔더 마스크), (흑색-) 에폭시 폴리머, 임의의 다른 적용 가능한 재료 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서(108)(예를 들어, 도 7)를 위에서 볼 때, 내부 기둥(45)의 프로파일은 정사각형이지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 일부 실시예에서, 내부 기둥(45)의 폭(W45)은 약 50 nm 내지 약 100 nm이다. 여기서, 내부 기둥(45)의 폭(W45)은 내부 기둥(45)의 평행한 두 변의 최단 거리로 정의된다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(108)(도 7에 도시)를 예로 들면, 내부 기둥(45)의 폭(W45)은 정사각형의 변의 길이로 정의된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 내부 기둥(45)의 높이(H45)는 차광층(32)의 높이(H32)와 동일할 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 다른 실시예에서, 내부 기둥(45)의 높이(H45)는 차광층(32)의 높이(H32)보다 낮다. 또한, 일부 실시예에서, 내부 기둥(45)의 높이(H45)는 150 nm 미만이다.
도 9는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(110)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 10은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(110)의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS3)이다. 예를 들어, 도 10은 도 9의 라인 F-F'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(110)의 일부의 단면도일 수 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(110)의 일부 구성 요소가 간결함을 위해 도 9 및 도 10에서 생략되었음에 유의해야 한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(110)는 도 6에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(106)와 유사한 구조를 갖는다. 즉, 솔리드-스테이트 이미지 센서(110)(예를 들어, 도 9)를 위에서 볼 때, 광-분할 구조체(40)의 프로파일은 십자형이다. 도 6에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(106)와의 주요 차이점은 솔리드-스테이트 이미지 센서(110)(예를 들어, 도 9)를 위에서 볼 때, 광-분할 구조체(40)가 대응하는 제2 격리 세그먼트(13S2)로부터 약 45 도만큼 오프셋되어 있다는 것이다. 즉, 솔리드-스테이트 이미지 센서(110)(예를 들어, 도 9)를 위에서 볼 때, 광-분할 구조체(40)와 대응하는 제2 격리 세그먼트(13S2) 사이의 협각(included angle) θ은 약 45 도이지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서(110)를 위에서 볼 때, 광-분할 구조체(40)는 대응하는 제2 격리 세그먼트(13S2)로부터 0 도 내지 약 45 도만큼 오프셋된다.
도 11은 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(110')의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 12는 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(110')의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS3')이다. 예를 들어, 도 12는 도 11의 라인 F-F'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(110')의 일부의 단면도일 수 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(110')의 일부 구성 요소가 간결함을 위해 도 11 및 도 12에서 생략되었음에 유의해야 한다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(110')는 도 9에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(110)와 유사한 구조를 갖는다. 도 9에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(110)와의 주요 차이점은 솔리드-스테이트 이미지 센서(110')가 광-분할 구조체(40)의 바닥 상에 배치된 내부 기둥(45)을 추가로 포함한다는 것이다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이 솔리드-스테이트 이미지 센서(110')를 위에서 볼 때, 내부 기둥(45)은 광-분할 구조체(40)의 중앙에 배치된다. 본 실시예에서, 내부 기둥(45)의 개수는 광-분할 구조체(40)의 개수와 동일하여, 4개의 내부 기둥(45)이 도 11의 대응하는 광-분할 구조체(40)의 바닥 상에 배치되지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 13은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(112)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 14는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(112)의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS4)이다. 예를 들어, 도 14는 도 13의 라인 G-G'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(112)의 일부의 단면도일 수 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(112)의 일부 구성 요소가 간결함을 위해 도 13 및 도 14에서 생략되었음에 유의해야 한다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(112)는 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와 유사한 구조를 갖는다. 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와의 주요 차이점은 솔리드-스테이트 이미지 센서(112)의 광-분할 구조체(40)는 제1 부분(41)과 제2 부분(42)을 갖는다는 것이다. 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 제1 부분(41)은 컬러 필터 세그먼트(예를 들어, 적색 필터 세그먼트(20SR), 녹색 필터 세그먼트(20SG), 또는 청색 필터 세그먼트(20SB))의 중앙에 배치되고, 제2 부분(42)은 컬러 필터 세그먼트의 적어도 하나의 모서리 부근에 배치된다. 예를 들어, 도 13에 도시된 바와 같이, 4개의 제2 부분(42)이 각각의 컬러 필터 세그먼트의 4개의 모서리 부근에 배치되어 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 제2 부분(42)의 개수 및 이러한 제2 부분(42)의 위치는 실제 필요에 따라 조정될 수 있다.
도 15는 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(112')의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 16은 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(112')의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS4')이다. 예를 들어, 도 16은 도 15의 라인 G-G'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(112')의 일부의 단면도일 수 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(112')의 일부 구성 요소가 간결함을 위해 도 15 및 도 16에서 생략되었음에 유의해야 한다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(112')는 도 13에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(112)와 유사한 구조를 갖는다. 도 13에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(112)와의 주요 차이점은 솔리드-스테이트 이미지 센서(112')가 광-분할 구조체(40)의 바닥 상에 배치된 내부 기둥(45)을 추가로 포함한다는 것이다. 보다 상세하게는, 내부 기둥(45)은 광-분할 구조체(40)의 제1 부분(41)의 바닥 상에 배치된다. 또한, 도 15에 도시된 바와 같이 솔리드-스테이트 이미지 센서(112')를 위에서 볼 때, 내부 기둥(45)은 광-분할 구조체(40)의 제1 부분(41)의 중앙에 배치된다. 본 실시예에서 내부 기둥(45)의 개수는 광-분할 구조체(40)의 제1 부분(41)의 개수와 동일하여, 4개의 내부 기둥(45)이 도 15의 대응하는 제1 부분(41)의 바닥 상에 배치되지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 실시예에서, 컬러 필터층(20)의 높이(H20)는 그리드 구조체(30)의 높이(H30)와 동일하고, 광-분할 구조체(40)의 높이(H40)는 컬러 필터층(20)의 높이(H20)(또는 그리드 구조체(30)의 높이(H30))보다 낮지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 도 17은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS5)이다. 예를 들어, 도 17에 도시된 단면도(CS5)가 솔리드-스테이트 감지 디바이스(100, 102, 104 또는 106)의 단면도로서 도 2에 도시된 단면도(CS1)를 대체할 수 있지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 17에 도시된 실시예에서, 광-분할 구조체(40)의 높이(H40)는 그리드 구조체(30)의 높이(H30)와 동일하고, 광-분할 구조체(40)의 높이(H40)(또는 그리드 구조체(30)의 높이(H30))는 컬러 필터층(20)의 높이(H20)보다 낮지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 18은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(114)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 19는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(114)의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS6)이다. 예를 들어, 도 19는 도 18의 라인 H-H'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(114)의 일부의 단면도일 수 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(114)의 일부 구성 요소는 간결함을 위해 도 18 및 도 19에서 생략되었음에 유의해야 한다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(114)는 도 1 및 도 2에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와 유사한 구조를 갖는다. 도 1 및 도 2에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와의 주요 차이점은 솔리드-스테이트 이미지 센서(114)에서 그리드 구조체(30)가 대응하는 제1 격리 세그먼트(13S1)에 대해 시프트 S1을 갖고, 광-분할 구조체(40)가 대응하는 제2 격리 세그먼트(13S2)에 대해 시프트 S2를 갖는다는 것이다.
여기서, 시프트 S1은 그리드 구조체(30)의 중심 축 C30과 대응하는 제1 격리 세그먼트(13S1)의 중심 축 C13S1 사이의 거리 d1로 정의될 수 있고, 시프트 S2는 광-분할 구조체(40)의 중심 축 C40과 대응하는 제2 격리 세그먼트(13S2)의 중심 축 C13S2 사이의 거리 d2로 정의될 수 있다. 도 18 및 도 19에 도시된 실시예에서, 시프트 S1은 시프트 S2와 동일하다. 즉, 그리드 구조체(30)의 중심 축 C30과 대응하는 제1 격리 세그먼트(13S1)의 중심 축 C13S1 사이의 거리 d1은 광-분할 구조체(40)의 중심 축 C40과 대응하는 제2 격리 세그먼트(13S2)의 중심 축 C13S2 사이의 거리 d2와 동일하지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
일부 실시예에서, 도 1 및 도 2에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와 도 18 및 도 19에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(114)는 동일한 솔리드-스테이트 이미지 센서의 다른 영역일 수 있다. 예를 들어, 도 1 및 도 2에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)는 솔리드-스테이트 이미지 센서의 중앙 영역일 수 있고, 도 18 및 도 19에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(114)는 솔리드-스테이트 이미지 센서의 주변(가장자리) 영역일 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 20은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(116)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 21은 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(116)의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS7)이다. 예를 들어, 도 21은 도 20의 라인 I-I'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(116)의 일부의 단면도일 수 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(116)의 일부 구성 요소는 간결함을 위해 도 20 및 도 21에서 생략되었음에 유의해야 한다.
솔리드-스테이트 이미지 센서(116)에서, 그리드 구조체(30)는 대응하는 제1 격리 세그먼트(13S1)에 대해 시프트 S1을 갖고, 하나의 광-분할 구조체(40')는 대응하는 제2 격리 세그먼트(13S2)에 대해 시프트를 갖지 않으며, 다른 광-분할 구조체(40'')는 대응하는 제2 격리 세그먼트(13S2)에 대해 시프트 S2'를 갖는다. 즉, 광-분할 구조체(40')의 중심 축 C40'과 대응하는 제2 격리 세그먼트(13S2)의 중심 축 C13S2 사이의 거리는 0이고, 광-분할 구조체(40'')의 중심 축 C40''과 대응하는 제2 격리 세그먼트(13S2)의 중심 축 C13S2 사이의 거리 d2'는 0보다 크다. 즉, 시프트 S2/S2'는 가변적일 수 있다. 또한, 도 20 및 도 21에 도시된 실시예에서, 시프트 S1은 시프트 S2'와 상이하다.
상술한 실시예(예를 들어, 도 1, 도 4 내지 도 7, 도 9, 도 11, 도 13, 도 15, 도 18 또는 도 20)에서, 컬러 필터층(20)의 하나의 적색 필터 세그먼트(20SR), 2개의 녹색 필터 세그먼트(20SG) 및 하나의 청색 필터 세그먼트(20SB)는 2×2 어레이를 형성하며, 이를 4C 4분할 포토 다이오드(QPD) 또는 듀얼 포토 다이오드(DPD)라고 칭할 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 22는 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(118)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 22를 참조하면, 8개의 녹색 필터 세그먼트(20SG)는 2개의 2×2 어레이를 형성하고, 4개의 적색 필터 세그먼트(20SR)는 2×2 어레이를 형성하고, 4개의 청색 필터 세그먼트(20SB)는 2×2 어레이를 형성한다. 도 22에 도시된 바와 같이, 광-분할 구조체(40)가 모든 컬러 필터 세그먼트에 배치되지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 다른 실시예에서, 광-분할 구조체(40)는 일부 컬러 필터 세그먼트에만 배치될 수 있다.
또한, 상술한 컬러 필터 세그먼트(즉, 적색 필터 세그먼트(20SR), 녹색 필터 세그먼트(20SG) 및 청색 필터 세그먼트(20SB))는 4×4 어레이를 형성하며, 이는 16C 4분할 포토 다이오드(QPD) 또는 듀얼 포토 다이오드(DPD)로 지칭될 수 있으나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 컬러 필터 세그먼트의 개수와 배열은 실제 필요에 따라 조정될 수 있다.
상술한 실시예에서 광-분할 구조체(40)는 모든 컬러 필터 세그먼트에 배치되지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 도 23a 내지 도 23f는 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(120 및 130)의 일부를 도시하는 평면도이다. 유사하게, 솔리드-스테이트 이미지 센서(120 및 130)의 일부 구성 요소는 간결함을 위해 도 23a 내지 도 23f에서 생략되었다.
도 23a에 도시된 바와 같이, 2개의 광-분할 구조체(40)가 2개의 녹색 필터 세그먼트(20S)에 배치된다. 도 23b에 도시된 바와 같이, 하나의 광-분할 구조체(40)가 하나의 적색 필터 세그먼트(20R)에 배치된다. 도 23c에 도시된 바와 같이, 하나의 광-분할 구조체(40)가 하나의 청색 필터 세그먼트(20B)에 배치된다. 도 23d에 도시된 바와 같이, 3개의 광-분할 구조체(40)가 2개의 녹색 필터 세그먼트(20S) 및 하나의 청색 필터 세그먼트(20B)에 배치된다. 도 23e에 도시된 바와 같이, 3개의 광-분할 구조체(40)가 2개의 녹색 필터 세그먼트(20S)와 하나의 적색 필터 세그먼트(20R)에 배치된다. 도 23f에 도시된 바와 같이, 2개의 광-분할 구조체(40)가 하나의 적색 필터 세그먼트(20R) 및 하나의 청색 필터 세그먼트(20B)에 배치된다.
도 24는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(132)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 25는 본 개시의 일부 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(132)의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS8)이다. 예를 들어, 도 25는 도 24의 라인 J-J'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(132)의 일부의 단면도일 수 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(132)의 일부 구성 요소는 간결함을 위해 도 24 및 도 25에서 생략되었음에 유의해야 한다.
도 24 및 도 25를 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(132)는 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와 유사한 구조를 갖는다. 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와의 주요 차이점은 솔리드-스테이트 이미지 센서(132)가 광-분할 구조체(40)의 바닥 상에 배치된 보조 광-분할 구조체(44)를 추가로 포함한다는 것이다. 보조 광-분할 구조체(44)는 투명한 유전 재료를 포함할 수 있지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 보조 광-분할 구조체(44)는 광-분할 구조체(40)와 상이한 적어도 하나의 재료를 포함하고, 보조 광-분할 구조체(44)의 굴절률은 약 1 내지 약 1.65이다.
일부 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서(132)(예를 들어, 도 24)를 위에서 볼 때, 보조 광-분할 구조체(44)의 프로파일은 정사각형이지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 솔리드-스테이트 이미지 센서(132)를 위에서 볼 때, 보조 광-분할 구조체(44)의 프로파일은 광-분할 구조체(40)의 프로파일과 동일하거나 유사할 수 있지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 또한, 일부 실시예에서, 보조 광-분할 구조체(44)의 폭 W44는 광-분할 구조체(40)의 폭 W40 이상이다. 예를 들어, 보조 광-분할 구조체(44)의 폭 W44는 약 70 nm 내지 약 300 nm일 수 있다. 여기서, 보조 광-분할 구조체(44)의 폭 W44는 보조 광-분할 구조체(44)의 평행한 두 변의 최단 거리로 정의된다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(132)(도 24에 도시)를 예로 들면, 보조 광-분할 구조체(44)의 폭 W44는 정사각형의 변의 길이로 정의된다.
도 25에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 보조 광-분할 구조체(44)의 높이 H44는 약 50 nm 내지 약 350 nm이다. 또한, 도 24 및 도 25에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 보조 광-분할 구조체(44)가 그리드 구조체(30)의 바닥 상에 추가로 배치된다. 즉, 보조 광-분할 구조체(44)는 차광층(32)의 적어도 일부를 덮을 수 있지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
도 26은 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(132')의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 27은 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(132')의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS8')이다. 예를 들어, 도 27은 도 26의 라인 K-K'를 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(132')의 일부의 단면도일 수 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(132')의 일부 구성 요소가 간결함을 위해 도 26 및 도 27에서 생략되었음에 유의해야 한다.
도 26 및 도 27을 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(132')는 도 24에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(132)와 유사한 구조를 갖는다. 도 24에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(132)와의 주요 차이점은 솔리드-스테이트 이미지 센서(132')가 광-분할 구조체(40)의 바닥 상에 배치된 내부 기둥(45)을 추가로 포함한다는 것이다. 즉, 보조 광-분할 구조체(44)가 내부 기둥(45)의 적어도 일부를 덮을 수 있지만, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 실시예에서, 차광층(32)이 그리드 구조체(30)의 바닥 상에 배치되지만, 본 개시는 이에 한정되지 않는다. 도 28은 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(134)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 29는 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(134)의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS9)이다. 예를 들어, 도 29는 도 28의 라인 L-L'을 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(134)의 일부의 단면도일 수 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(134)의 일부 구성 요소는 간결함을 위해 도 28 및 도 29에서 생략되었음에 유의해야 한다.
도 28 및 도 29를 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(134)는 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와 유사한 구조를 갖는다. 도 1에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(100)와의 주요 차이점 솔리드-스테이트 이미지 센서(134)가 그리드 구조체(30)의 바닥 상에 배치된 차광층(32)을 포함하지 않는다는 것이다. 유사하게, 일부 다른 실시예에서, 솔리드-스테이트 이미지 센서(134)는 광-분할 구조체(40)(도 28 및 도 29에 미도시)의 바닥 상에 배치된 내부 기둥(45)을 추가로 포함한다. 다른 유사한 피처는 여기에서 반복되지 않는다.
도 30은 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(136)의 일부를 도시하는 평면도이다. 도 31은 본 개시의 일부 다른 실시예에 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(136)의 일부를 도시할 수 있는 단면도(CS10)이다. 예를 들어, 도 31은 도 30의 라인 L-L'을 따른 솔리드-스테이트 이미지 센서(136)의 일부의 단면도일 수 있다. 솔리드-스테이트 이미지 센서(136)의 일부 구성 요소는 간결함을 위해 도 30 및 도 31에서 생략되었음에 유의해야 한다.
도 30 및 도 31을 참조하면, 솔리드-스테이트 이미지 센서(136)는 도 28에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(134)와 유사한 구조를 갖는다. 도 28에 도시된 솔리드-스테이트 이미지 센서(134)와의 주요 차이점은 솔리드-스테이트 이미지 센서(136)가 광-분할 구조체(40)의 바닥 상에 배치된 보조 광-분할 구조체(44)를 추가로 포함한다는 것이다. 또한, 도 30 및 도 31에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 보조 광-분할 구조체(44)는 그리드 구조체(30)의 바닥 상에 추가로 배치된다.
요약하면, 본 개시의 실시예의 솔리드-스테이트 이미지 센서는 컬러 필터층(의 컬러 필터 세그먼트)에 배치된 광-분할 구조체를 포함하고, 이는 산란 및 크로스토크를 효과적으로 감소시킬 수 있으며, 이에 의해 솔리드-스테이트 이미지 센서의 광전 변환 요소로부터의 이미지 신호의 품질을 개선한다.
상술한 내용은 본 기술 분야의 통상의 기술자가 본 개시의 양태를 더 잘 이해할 수 있도록 몇몇 실시예의 피처를 개략적으로 설명한다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 본원에 도입된 실시예의 동일한 목적을 수행하고/수행하거나 동일한 이점을 달성하기 위한 다른 프로세스 및 구조를 설계 또는 수정하기 위한 기초로서 본 개시를 쉽게 사용할 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 본 기술 분야의 통상의 기술자는 이러한 등가 구성이 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않으며, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고도 본원에서 다양한 변화, 치환 및 변경을 할 수 있음을 인식해야 한다. 따라서, 보호 범위는 청구항을 통해 결정되어야 한다. 또한, 본 개시의 일부 실시예가 위에서 개시되었지만, 이는 본 개시의 범위를 한정하려고 의도된 것이 아니다.
본 명세서 전반에 걸쳐 피처, 이점, 또는 유사한 언어에 대한 참조는 본 개시로 실현될 수 있는 모든 피처 및 이점이 본 개시의 임의의 단일 실시예이어야 하거나 임의의 단일 실시예라는 것을 의미하지 않는다. 오히려, 피처 및 이점을 언급하는 용어는 일 실시예와 관련하여 설명된 특정의 피처, 이점 또는 특성이 본 개시의 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미하는 것으로 이해된다. 따라서, 본 명세서 전반에 걸쳐 피처 및 이점, 그리고 유사한 언어에 대한 논의는 동일한 실시예를 참조할 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다.
또한, 본 개시의 설명된 피처, 이점 및 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 조합될 수 있다. 관련 기술 분야의 통상의 기술자는 본원에서의 설명에 비추어 특정 실시예의 특정의 피처 또는 이점 중 하나 이상 없이도 본 개시가 실시될 수 있음을 인식할 것이다. 다른 예에서, 본 개시의 모든 실시예에 존재하지 않을 수 있는 추가 피처 및 이점이 특정 실시예에서 인식될 수 있다.

Claims (12)

  1. 솔리드-스테이트(solid-state) 이미지 센서로서,
    광전 변환 요소들;
    상기 광전 변환 요소들 위에 배치되고, 제1 컬러 필터 세그먼트 및 상기 제1 컬러 필터 세그먼트에 인접한 제2 컬러 필터 세그먼트를 갖는 컬러 필터층으로서, 상기 제1 컬러 필터 세그먼트와 상기 제2 컬러 필터 세그먼트는 상이한 컬러에 대응하는, 컬러 필터층;
    상기 제1 컬러 필터 세그먼트 또는 상기 제2 컬러 필터 세그먼트에 배치된 광-분할 구조체; 및
    상기 제1 컬러 필터 세그먼트와 상기 제2 컬러 필터 세그먼트 사이에 배치된 그리드(grid) 구조체;를 포함하고,
    상기 광-분할 구조체는 상기 그리드 구조체와 분리되어 있는, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광전 변환 요소들은 제1 광전 변환 요소들과 제2 광전 변환 요소들로 분할되고, 상기 제1 컬러 필터 세그먼트는 상기 제1 광전 변환 요소들에 대응하고, 상기 제2 컬러 필터 세그먼트는 상기 제2 광전 변환 요소들에 대응하는, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 솔리드-스테이트 이미지 센서는,
    상기 광전 변환 요소들 사이에 배치되고 제1 격리 세그먼트들과 제2 격리 세그먼트들을 갖는 격리 구조체를 더 포함하고,
    상기 제1 격리 세그먼트들은 상기 제1 광전 변환 요소들과 상기 제2 광전 변환 요소들 사이에 배치되고, 상기 제2 격리 세그먼트들은 상기 제1 광전 변환 요소들 사이와 상기 제2 광전 변환 요소들 사이에 배치되며, 상기 그리드 구조체는 상기 제1 격리 세그먼트들에 대응하고, 상기 광-분할 구조체는 상기 제2 격리 세그먼트들 중 적어도 하나에 대응하는, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 솔리드-스테이트 이미지 센서를 위에서 볼 때(from the top view), 상기 광-분할 구조체는 상기 제2 격리 세그먼트들 중 대응하는 하나와 중첩되는, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 솔리드-스테이트 이미지 센서를 위에서 볼 때, 상기 광-분할 구조체의 프로파일이 십자형인 경우, 상기 광-분할 구조체는 상기 제2 격리 세그먼트들 중 대응하는 하나로부터 0 내지 45 도만큼 오프셋되는, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 그리드 구조체는 상기 제1 격리 세그먼트들에 대한 제1 시프트(shift)를 갖고, 상기 광-분할 구조체는 상기 제2 격리 세그먼트들 중 대응하는 하나에 대한 제2 시프트를 가지며, 상기 제1 시프트는 상기 제2 시프트와 상이한, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광-분할 구조체의 높이는 상기 그리드 구조체의 높이 이하이고, 상기 솔리드-스테이트 이미지 센서를 위에서 볼 때, 상기 광-분할 구조체의 프로파일은 원형, 정사각형, 직사각형 또는 십자형인, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 광-분할 구조체의 폭은 50 nm 내지 200 nm이며, 상기 컬러 필터층의 높이에 대한 상기 광-분할 구조체의 높이의 비율은 0.3 내지 0.9인, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 광-분할 구조체의 굴절률은 1 내지 1.45이고, 상기 광-분할 구조체는 2개의 광전 변환 요소 또는 4개의 광전 변환 요소에 대응하는, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 광-분할 구조체는 상기 제1 컬러 필터 세그먼트 또는 상기 제2 컬러 필터 세그먼트의 중앙에 배치된 제1 부분과, 상기 제1 컬러 필터 세그먼트 또는 상기 제2 컬러 필터 세그먼트의 적어도 하나의 모서리 부근에 배치된 제2 부분을 갖는, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 솔리드-스테이트 이미지 센서는 상기 광-분할 구조체의 바닥 상에 배치된 내부 기둥을 더 포함하고, 상기 내부 기둥은 불투명한 재료를 포함하고,
    상기 내부 기둥의 폭은 50 nm 내지 100 nm이고, 상기 내부 기둥의 높이는 150 nm 미만인, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
  12. 제1항에 있어서,
    솔리드-스테이트 이미지 센서는 상기 광-분할 구조체의 바닥 상에 배치된 보조 광-분할 구조체를 더 포함하고,
    상기 보조 광-분할 구조체는 상기 그리드 구조체의 바닥 상에 추가로 배치되고, 상기 보조 광-분할 구조체는 상기 광-분할 구조체와 상이한 적어도 하나의 재료를 포함하고, 상기 보조 광-분할 구조체의 굴절률은 1 내지 1.65이고, 상기 보조 광-분할 구조체의 폭은 상기 광-분할 구조체의 폭 이상이고, 상기 보조 광-분할 구조체의 높이는 50 nm 내지 350 nm인, 솔리드-스테이트 이미지 센서.
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