TWI637501B - 影像感測器、成像系統及影像感測器製造方法 - Google Patents
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Abstract
一種影像感測器像素包含經安置於一半導體材料中之一光電二極體，及至少部分圍繞該光電二極體之摻雜區。該等摻雜區包含該半導體材料之一摻雜部分。深溝渠隔離結構係安置於該等摻雜區中，並且至少部分圍繞該光電二極體。該深溝渠隔離結構包含經安置於該等深溝渠隔離結構之側壁上之一SiGe層、經安置於該SiGe層上之一高k介電質，以及一填充材料。
Description
本發明大體上係關於半導體製造，且特定言之(但非排他性地)係關於影像感測器像素隔離。
影像感測器已變得無處不在。其等廣泛應用於數位相機、蜂巢電話、保全攝影機，以及醫療、汽車及其他應用中。用於製造影像感測器之技術持續以迅猛之速度進步。舉例而言，對更高解析度及更低功耗之需求已促進此等裝置之進一步微型化及整合。
像素串擾當前限制半導體影像感測器裝置之效能。理想地，一影像感測器中之各像素作為一獨立光子偵測器操作。換言之，一像素中之電子/電洞含量不會溢出至相鄰像素(或該裝置中之任何其他像素)中。在實際影像感測器中，情況並非如此。電信號可自一像素移動至另一像素。此串擾可增加白像素之數目，降低影像感測器靈敏度，並引起彩色信號混合。不幸的是，串擾之諸多解決方案通常擴大了暗電流之影響或促成暗電流。暗電流及串擾之組合可能導致明顯之影像劣化。
已採用諸多技術來減輕串擾/暗電流之影響並增強影像感測器效能。然而，此等方法之一些可能無法完全消除像素串擾及暗電流之影響。
100‧‧‧影像感測器
101‧‧‧半導體材料
103‧‧‧光電二極體
111‧‧‧摻雜區
113‧‧‧窄帶隙半導體材料
115‧‧‧高k介電質
121‧‧‧填充材料
200‧‧‧成像系統
205‧‧‧像素陣列
211‧‧‧讀出電路
215‧‧‧功能邏輯
221‧‧‧控制電路
300‧‧‧方法
301‧‧‧半導體材料
303‧‧‧光電二極體
311‧‧‧摻雜區
313‧‧‧窄帶隙半導體材料
315‧‧‧高k介電質
321‧‧‧填充材料
C1-Cx‧‧‧行
P1-Pn‧‧‧像素
R1-Ry‧‧‧列
參考以下諸圖來描述本發明之非限制性及非窮舉實例，其中相似元件符號貫穿各種視圖指代相似部分，除非另有規定。
圖1係根據本發明之教示之一實例影像感測器之一橫截面圖。
圖2係繪示根據本發明之教示之包含圖1之影像感測器之一成像系統之一實例之一方塊圖。
圖3A至圖3D展示根據本發明之教示之用於形成圖1之影像感測器之一實例性程序。
對應參考字元貫穿附圖之若干視圖指示對應組件。熟習此項技術者應瞭解，圖式中之元件係出於簡單及清楚之目的而繪示，且未必係按比例繪製。舉例而言，圖式中一些元件的尺寸相對於其他元件可被誇大以幫助提高對本發明之各種實施例的理解。此外，為了促進對本發明之此等各種實施例之更容易的觀察，通常不描繪在一商業上可行之實施例中有用或必需之常見但眾所周知的元件。
本文描述一種用於具有半導體溝渠隔離之影像感測器之設備及方法的實例。在以下描述中，闡述眾多特定細節以提供對該等實例之一透徹理解。然而，熟習此項技術者將認識到，能夠在不具有一或多個特定細節的情況下，或配合其他方法、組件、材料等等來實踐本文所描述的技術。在其他情況下，未展示或詳細地描述熟知結構、材料或操作，以避免混淆某些方面。
貫穿本說明書之對「一實例」或「一實施例」之參考意指結合實例
所描述之一特定特徵、結構或特性係包含於本發明之至少一個實例中。因此，貫穿本說明書之各種地方的片語「在一實例中」或「在一實施例中」的出現未必皆係指同一實例。此外，特定特徵、結構或特性可係以任何適合方式組合於一或多個實例中。
貫穿本說明書，使用若干此項技術之術語。此等術語具有其等出自之技術之一般意義，除非本文具體定義或其使用背景另有明確指示。應注意，可貫穿此文獻互換使用元件名稱及符號(例如，Si與矽)；然而，兩者具有相同含義。
圖1係一實例性影像感測器100之一橫截面圖。影像感測器100包含：半導體材料101、複數個光電二極體103、摻雜區111，及深溝渠隔離結構。深溝渠隔離結構包含：窄帶隙半導體材料113(例如，P+SiGe)、高k介電質115，及填充材料121。值得注意的是，熟習此項技術者可將「深溝渠隔離結構」稱為包含摻雜區111；然而，為了清楚地描述裝置架構，此處摻雜區111被稱為其等自身之獨特結構。
如所展示，複數個光電二極體103係安置於半導體材料101中，且摻雜區111亦係安置於半導體材料101中。摻雜區111至少部分圍繞個別光電二極體103。在所描繪之實例中，摻雜區111包含半導體材料101之一摻雜部分，其可係經由離子植入或類似途徑形成。深溝渠隔離結構係安置於摻雜區111中，且至少部分圍繞個別光電二極體103。在一實例中，深溝渠隔離結構係安置於距光電二極體103之橫向邊緣一定距離處。窄帶隙半導體材料113係安置於深溝渠隔離結構之側壁上，且高k介電質115係安置於窄帶隙半導體材料113上。填充材料121可係安置於深溝渠隔離結構中。窄帶隙半導體材料113係安置於摻雜區111與高k介電質115之間。高k介電
質115係安置於窄帶隙半導體材料113與填充材料121之間。窄帶隙半導體材料113具有比半導體材料101更窄之一帶隙。在一實例中，填充材料121包含一金屬或一氧化物。
由於所繪示之實例描繪影像感測器100之一橫截面圖，應注意，深溝渠隔離結構(及摻雜區111)可環繞光電二極體103。在一些實例中，深溝渠隔離結構經配置成圍繞個別光電二極體103之一格柵圖案，以防止電荷在光電二極體103之間溢出。在所描繪之實例中，摻雜區111的位置可係與深溝渠隔離結構相同。取決於所採用之植入技術，摻雜區111可呈現所描繪之橢圓形形狀，或可為大體上矩形、梯形等。
在所繪示之實例中，窄帶隙半導體材料113包含具有P型摻雜劑之SiGe；摻雜區111包含P型摻雜劑；且複數個光電二極體103包含大部分N型摻雜劑。此外，高k介電質115經電耦合至SiGe層，以在SiGe層與半導體材料101之間之一介面處誘發正電荷累積。在一實例中，正電荷累積係高k介電質115具有一固有負表面電荷的產物，如在氧化鉿的情況下。摻雜區111及窄帶隙半導體材料113/高k介電質115兩者的使用係用於在複數個光電二極體103中的個別光電二極體103之間誘發大量正電荷積聚。在窄帶隙半導體材料113與半導體材料101之介面處的正電荷可有助於減少光電二極體103之間的串擾，此係因為介面電壓阻擋半導體材料101中之表面狀態之間的電荷傳輸。因此，防止來自半導體材料101表面狀態之電荷在影像感測器100之背側上的像素之間移動。此減輕了不期望之電效應，例如暗電流及白像素，此兩者皆會降低影像品質。
如前所論述，高k介電質115可包含鉿氧化物(HfO2或HfOx)；然而，在其他實例中，高k介電質115可包含其他氧化物，例如：二氧化矽
(SiO2)、氮化矽(Si3N4)、矽氮氧化物(SiOxNy)、五氧化二鉭(Ta2O5)、二氧化鈦(TiO2)、二氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鑭(La2O3)、三氧化二鐠(Pr2O3)、二氧化鈰(CeO2)、三氧化二釹(Nd2O3)、三氧化二鉕(Pm2O3)、三氧化二釤(Sm2O3)、三氧化二銪(Eu2O3)、氧化釓(Gd2O3)、三氧化二鋱(Tb2O3)、氧化鏑(Dy2O3)、氧化鈥(HO2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氧化銩(Tm2O3)、氧化鐿(Yb2O3)，三氧化二鎦(Lu2O3)、氧化釔(Y2O3)或類似物。此外，熟習相關技術者將認識到，根據本發明之教示，可在高k介電質115中採用上述金屬/半導體及其等氧化物/氮化物/氮氧化物之任何化學計量組合。
類似地，儘管窄帶隙半導體材料113可包含SiGe，但可採用包含GaAs、Pbs、PbSe、PbTe、GaSb、InN等等之其他窄帶隙半導體材料。此外，根據本發明之教示，任何3族元素(B、Al、Ga、In、Tl)、4族元素(C、Si、Ge、Sn、Pb)、5族元素(N、P、As、Sb、Bi)或類似物可用於形成適合之窄帶隙半導體。
圖2繪示包含圖1之影像感測器(即，影像感測器100)之一成像系統200之一實例。成像系統200包含像素陣列205、控制電路221、讀出電路211，及功能邏輯215。在一實例中，像素陣列205係光電二極體或影像感測器像素(例如，像素P1、P2…、Pn)之一二維(2D)陣列。如所繪示，光電二極體經配置成列(例如，列R1至Ry)及行(例如，行C1至Cx)以擷取一人員、位置、物件等等之影像資料，該影像資料可隨後用於呈現該人員、位置、物件等等之一2D影像。然而，光電二極體不必被配置成列及行，並且可以採取其他組態。
在一實例中，於像素陣列205中之各影像感測器光電二極體/像素已
擷取其影像資料或影像電荷之後，該影像資料係由讀出電路211讀出且隨後被轉移至功能邏輯215。讀出電路211可經耦合以自像素陣列205中之複數個光電二極體讀出影像資料。在各種實例中，讀出電路211可包含放大電路、類比轉數位(ADC)轉換電路，或其他電路。功能邏輯215可僅儲存影像資料，或甚至藉由應用後影像效果(例如，裁剪、旋轉、去除紅眼、調整亮度、調整對比度或以其他方式)來操縱影像資料。在一實例中，讀出電路211可沿讀出行線，一次讀出一列影像資料(已繪示)，或可使用各種其他技術來讀出影像資料(未繪示)，例如，串列讀出或同時完全平行讀出全部像素。
在一實例中，控制電路221經耦合至像素陣列205，以控制像素陣列205中之複數個光電二極體的操作。舉例而言，控制電路221可產生用於控制影像擷取之一快門信號。在一實例中，該快門信號係一全域快門信號，其用於同時啟用像素陣列205內之所有像素，以在一單一擷取窗口期間，同時擷取其等各自影像資料。在另一實例中，該快門信號係一捲動快門信號，使得像素之各列、各行或各群組在連續擷取窗口期間被循序地啟用。在另一實例中，影像擷取與照明效果(例如一閃光)同步。
在一實例中，成像系統200可包含於一數位相機、手機、膝上型電腦或類似物中。另外，成像系統200可耦合至其他硬體塊，諸如一處理器(通用或其他)、記憶體元件、輸出(USB埠、無線發射器、HDMI埠等等)、照明/閃光、電輸入(鍵盤、觸摸式顯示器、跟蹤板、滑鼠、麥克風等等)及/或顯示器。其他硬體塊可將指令傳送至成像系統200，自成像系統200提取影像資料，操縱由成像系統200供應之影像資料。
圖3A至圖3D展示用於形成圖1之影像感測器之一實例性方法300。一
些或所有繪示在方法300中出現之順序不應被認為係限制性的。實情係，受益於本發明之一般技術者將理解，方法300中之部分可以未繪示之各種循序執行或甚至並列執行。此外，方法300可省略某些繪示以便避免使某些方面模糊。替代地，方法300可包含在本發明之一些實施例/實例中可能並非必需之額外繪示。
圖3A展示提供半導體材料301(包含安置於半導體材料301中之複數個光電二極體303)及蝕刻半導體材料301中之溝渠。可藉由將一光阻劑(正或負)圖案沈積在半導體材料301之表面上並使用一蝕刻劑來去除半導體材料301之部分來達成溝渠之蝕刻。取決於所需之蝕刻速率及特徵幾何形狀，所使用之蝕刻劑可為濕式的或乾式的。溝渠可安置於複數個光電二極體303中之個別光電二極體303之間並至少部分圍繞個別光電二極體303。
在所描繪之實例中，摻雜區311已形成在個別光電二極體303之間，且摻雜區311包含具有P型摻雜劑之半導體材料301。然而，在其他實例中，摻雜區311可在製造程序中稍後形成一例如，在將溝渠蝕刻至半導體材料301中之後。摻雜區311及光電二極體303可經由一或多個離子植入程序製造，或可藉由一CVD程序或類似者生長。如所展示，摻雜區311安置於距個別光電二極體303之邊緣一定橫向距離處，並至少部分圍繞個別光電二極體303。然而，在其他實例中，摻雜區311可完全圍繞個別光電二極體303。
圖3B繪示將窄帶隙半導體材料313沈積在溝渠之壁上。窄帶隙半導體材料313具有比半導體材料301更窄之一帶隙。如所展示，在一些實例中，窄帶隙半導體材料313亦可在個別光電二極體303之間沈積在半導體材料301之上表面上。然而，在其他實例中，可在形成裝置架構之其他層
之前自半導體材料301之上表面去除窄帶隙半導體材料313。窄帶隙半導體材料313之沈積可在低於450℃之溫度下經由化學氣相沈積、原子層沈積、分子束外延或類似途徑來達成。此藉由限制摻雜劑原子之熱擴散來防止對先前製造之裝置架構件(例如光電二極體303)之損壞。如所陳述，窄帶隙半導體材料313可包含SiGe，此係因為高品質SiGe膜可在例如此等溫度之低溫下生長。
圖3C描繪將高k介電質315沈積在溝渠中，使得窄帶隙半導體材料313安置於半導體材料301與高k介電質315之間。如所展示，在一些實例中，高k介電質315亦可在半導體材料301之上表面上沈積在窄帶隙半導體材料313之頂部上。然而，在其他實例中，可在形成裝置架構之其他層之前自半導體材料301之上表面去除高k介電質315。高k介電質315耦合至窄帶隙半導體材料313，以在半導體材料301與窄帶隙半導體材料313之間之介面處誘發正電荷累積。更具體而言，高k介電質315耦合至窄帶隙半導體材料313，以在窄帶隙半導體材料313與摻雜區311之間之介面處誘發正電荷累積。此正電荷累積可藉由選擇具有一負表面電荷之一介電材料或藉由施加一外部電壓來達成。高k介電質315之沈積可透過化學氣相沈積、原子層沈積、分子束外延或類似途徑來完成。
圖3D繪示將填充材料321沈積在溝渠中。高k介電質315安置於窄帶隙半導體材料313與填充材料321之間。在一些實例中，填充材料321包含一金屬(例如鎢、銅、鋁或類似物)或一氧化物(例如在高k介電質115之論述中列舉的)。在一實例中，填充材料321可為與高k介電質315相同之材料。
儘管未描繪，但可在複數個光電二極體303上方形成一金屬格柵，且
一彩色濾光器陣列可沈積在金屬格柵中。在一實例中，彩色濾光器陣列包含紅色、綠色及藍色彩色濾光器，其可配置成一拜耳圖案、EXR圖案、X變換圖案或類似者。然而，在一不同或相同之實例中，彩色濾光器陣列可包含隔離EM光譜之不可見部分之紅外彩色濾光器、紫外彩色濾光器或其他濾光器。此外，微透鏡可形成在彩色濾光器陣列上。微透鏡可由在彩色濾光器陣列之表面上圖案化之一光活性聚合物製成。一旦聚合物之矩形塊在彩色濾光器陣列上被圖案化，便可熔化(或回流)該等塊以形成微透鏡之圓頂狀結構特性。
不希望本發明之所繪示之實例之以上描述(包含摘要中所描述之內容)為窮舉性或將本發明限於所揭示之具體形式。儘管本文描述本發明之特定實例係出於闡釋性目的，但熟習此項技術者將認識到，在本發明範疇內各種修改係可能的。
依據以上詳細描述可對本發明做出此等修改。隨附申請專利範圍中使用之術語不應解釋為將本發明限於本說明書中所揭示之特定實例。實情係，本發明之範疇全部由隨附申請專利範圍判定，隨附申請專利範圍應根據申請專利範圍解釋之既定原則來解釋。
Claims (20)
- 一種影像感測器，其包括：一光電二極體，其係安置於一半導體材料中；摻雜區，其係安置於該半導體材料中，且至少部分圍繞(surrounding)該光電二極體，其中該摻雜區包含該半導體材料之一摻雜部分；以及若干深溝渠隔離(DTI)結構，其至少部分圍繞該光電二極體，其中該等DTI結構安置於該摻雜區內，並且包含：一SiGe層，其經安置於該等DTI結構之側壁上；一高k介電質，其經安置於該SiGe層上，其中該SiGe層係安置於該摻雜區與該高k介電質之間；以及一填充材料，其中該高k介電質係安置於該SiGe層與該填充材料之間，其中該SiGe層及該高k介電質之一部分從包含於該等DTI結構中的一第一DTI結構之若干側壁之一者，沿著該半導體材料的一平坦區域(planar region)側向延伸(extends laterally)，朝向該光電二極體，且其中該SiGe層及該高k介電質之該部分與該光電二極體光學地對準。
- 如請求項1之影像感測器，其中該高k介電質經電耦合至該SiGe層，以在該SiGe層與該半導體材料之間之一介面處誘發正電荷累積。
- 如請求項1之影像感測器，其中該SiGe層包含P型摻雜劑，該等摻雜區包含P型摻雜劑，且該光電二極體包含N型摻雜劑。
- 如請求項1之影像感測器，其中該填充材料包含一金屬或一氧化物。
- 如請求項1之影像感測器，其中該等摻雜區及該等DTI結構環繞該光電二極體並且被安置成與該光電二極體之橫向邊緣相距一定距離。
- 一種成像系統，其包括：複數個光電二極體，包含一第一光電二極體，其等經安置於一半導體材料中；以及深溝渠隔離(DTI)結構，包含一第一DTI結構，其等經安置於該半導體材料中，其包含：一窄帶隙半導體材料，其係安置於該等DTI結構中，其中該窄帶隙半導體材料具有比該半導體材料更窄之一帶隙；一填充材料，其經安置於該等DTI結構中；以及一高k介電質，其經安置於該窄帶隙半導體材料與該填充材料之間，其中該高k介電質經電耦合至該窄帶隙半導體材料，以在該半導體材料與該窄帶隙半導體材料之間的介面處誘發正電荷累積，其中該窄帶隙半導體材料及該高k介電質之一部分從該第一DTI結構內，沿著該半導體材料的一平坦區域側向延伸，朝向該第一光電二極體，其中該部分與該第一光電二極體光學地對準，且其中該部分耦合於該第一DTI結構與一相鄰(adjacent)的第二DTI結構之間，該相鄰的第二DTI結構係包含於該等DTI結構中。
- 如請求項6之成像系統，進一步包括經安置於該複數個光電二極體中之個別光電二極體之間的摻雜區，其中該等摻雜區包含摻雜半導體材料，且其中該等DTI結構係安置於該等摻雜區中，因此該窄帶隙半導體材料與該等摻雜區接觸。
- 如請求項7之成像系統，其中該等摻雜區包含P型摻雜劑，且該複數個光電二極體包含N型摻雜劑。
- 如請求項6之成像系統，其中該等DTI結構至少部分圍繞該複數個光電二極體中之個別光電二極體。
- 如請求項6之成像系統，進一步包括經耦合至該複數個光電二極體之控制電路及讀出電路，其中該控制電路控制該複數個光電二極體之操作，且該讀出電路自該複數個光電二極體讀出影像資料。
- 如請求項6之成像系統，其中該高k介電質包含具有一負表面電荷之一介電材料。
- 如請求項6之成像系統，其中該窄帶隙半導體材料包含摻雜P之SiGe。
- 如請求項6之成像系統，其中該填充材料包含一金屬或一氧化物。
- 一種影像感測器製造方法，其包括：提供一半導體材料，該半導體材料包含一第一側及與該第一側相對的一第二側，該半導體材料包含複數個光電二極體，該複數個光電二極體經安置於該半導體材料中靠近(proximate to)該第一側；蝕刻溝渠，從該第一側蝕刻進入該半導體材料中，該等溝渠係安置於該複數個光電二極體中之個別光電二極體之間，且至少部分圍繞該等個別光電二極體；將一窄帶隙半導體材料之一連續層沈積在該等溝渠之壁上及該半導體材料之該第一側上，其中該窄帶隙半導體材料具有比該半導體材料更窄之一帶隙；以及沈積一高k介電質，其中該窄帶隙半導體材料係安置於該半導體材料與該高k介電質之間，其中該高k介電質經耦合至該窄帶隙半導體材料，以在該半導體材料與該窄帶隙半導體材料之間之一介面處誘發正電荷累積，其中該連續層及該高k介電質之一部分從包含於該等DTI結構中的一第一DTI結構內，沿著該半導體材料的一平坦區域(planar region)側向延伸，朝向包含於該複數個光電二極體中的一第一光電二極體，且其中該部分與該第一光電二極體光學地對準。
- 如請求項14之方法，其中該窄帶隙半導體材料包含SiGe。
- 如請求項14之方法，進一步包括形成經安置於該等個別光電二極體之間的摻雜區，其中該等摻雜區包含具有P型摻雜劑之該半導體材料，且其中該等溝渠係安置於該等摻雜區中。
- 如請求項16之方法，其中該等摻雜區係安置於距該等個別光電二極體之邊緣一定橫向距離處，且至少部分圍繞該等個別光電二極體。
- 如請求項14之方法，進一步包括將填充材料沈積在該等溝渠中，其中該高k介電質係安置於該窄帶隙半導體材料與該填充材料之間，且其中該填充材料包含一金屬或一氧化物。
- 如請求項14之方法，其中在小於450℃之一溫度下沈積該窄帶隙半導體材料。
- 如請求項14之方法，其中該高k介電質包含具有一負表面電荷之一介電材料。
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| US10861896B2 (en) | 2018-07-27 | 2020-12-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Capping structure to reduce dark current in image sensors |
| US10658410B2 (en) * | 2018-08-27 | 2020-05-19 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Image sensor having improved full well capacity and related method of formation |
| FR3089348B1 (fr) * | 2018-11-30 | 2020-10-30 | Commissariat Energie Atomique | procede de fabrication d’une matrice de diodes a base de germanium et a faible courant d’obscurité |
| US11201124B2 (en) * | 2019-07-29 | 2021-12-14 | Omnivision Technologies, Inc. | Semiconductor devices, semiconductor wafers, and methods of manufacturing the same |
| CN110634898A (zh) * | 2019-09-23 | 2019-12-31 | 上海华力微电子有限公司 | 一种用于背照式图像传感器的深硅槽及其形成方法 |
| US20210111222A1 (en) * | 2019-10-15 | 2021-04-15 | Applied Materials, Inc. | PROCESS TO IMPROVE INTERFACE STATE DENSITY Dit ON DEEP TRENCH ISOLATION (DTI) FOR CMOS IMAGE SENSOR |
| JP7500251B2 (ja) * | 2020-04-01 | 2024-06-17 | キヤノン株式会社 | 光電変換装置 |
| US11538836B2 (en) * | 2020-08-13 | 2022-12-27 | Omnivision Technologies, Inc. | Cell deep trench isolation pyramid structures for CMOS image sensors |
| US11710752B2 (en) | 2020-12-10 | 2023-07-25 | Omnivision Technologies, Inc. | Flicker-mitigating pixel-array substrate |
| US11670648B2 (en) | 2020-12-10 | 2023-06-06 | Omnivision Technologies Inc. | Flicker-mitigating pixel-array substrate |
| CN113035980B (zh) * | 2021-03-10 | 2022-04-15 | 联合微电子中心有限责任公司 | 近红外图像传感器及其制备方法 |
| CN115579373B (zh) * | 2022-11-09 | 2023-02-24 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 图像传感器像素结构及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130032912A1 (en) * | 2011-08-04 | 2013-02-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | High-k Dielectric Liners in Shallow Trench Isolations |
| US20130234202A1 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Image Sensor Isolation Region and Method of Forming the Same |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100678269B1 (ko) * | 2004-10-18 | 2007-02-02 | 삼성전자주식회사 | 씨모스 방식의 이미지 센서와 그 제작 방법 |
| KR100837271B1 (ko) * | 2006-08-10 | 2008-06-12 | 삼성전자주식회사 | 반도체 장치 및 그 제조방법 |
| JP5401203B2 (ja) * | 2009-08-07 | 2014-01-29 | 株式会社日立製作所 | 半導体受光装置及びその製造方法 |
| FR2955205B1 (fr) | 2009-12-16 | 2012-09-21 | St Microelectronics Sa | Dispositif microelectronique, en particulier capteur d'image a illumination par la face arriere et procede de fabrication |
| JP5962155B2 (ja) * | 2012-04-04 | 2016-08-03 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び、電子機器 |
| JP2015032636A (ja) * | 2013-07-31 | 2015-02-16 | 株式会社東芝 | 固体撮像装置の製造方法および固体撮像装置 |
| KR102209097B1 (ko) * | 2014-02-27 | 2021-01-28 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 이의 제조 방법 |
| FR3019378A1 (fr) * | 2014-03-25 | 2015-10-02 | St Microelectronics Crolles 2 | Structure d'isolement entre des photodiodes |
| US9281331B2 (en) * | 2014-06-19 | 2016-03-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | High dielectric constant structure for the vertical transfer gates of a complementary metal-oxide semiconductor (CMOS) image sensor |
| US9653507B2 (en) * | 2014-06-25 | 2017-05-16 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Deep trench isolation shrinkage method for enhanced device performance |
| US9748299B2 (en) * | 2014-08-06 | 2017-08-29 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Pixel, image sensor including the same, and portable electronic device including the image sensor |
| CN104201184B (zh) * | 2014-09-24 | 2017-03-29 | 格科微电子（上海）有限公司 | 图像传感器及其形成方法 |
| KR102368573B1 (ko) * | 2015-01-14 | 2022-03-02 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 |
-
2016
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-
2017
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130032912A1 (en) * | 2011-08-04 | 2013-02-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | High-k Dielectric Liners in Shallow Trench Isolations |
| US20130234202A1 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Image Sensor Isolation Region and Method of Forming the Same |
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| Publication number | Publication date |
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