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KR102817686B1 - 이미지 센서의 격리 구조체 - Google Patents

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KR102817686B1
KR102817686B1 KR1020230043603A KR20230043603A KR102817686B1 KR 102817686 B1 KR102817686 B1 KR 102817686B1 KR 1020230043603 A KR1020230043603 A KR 1020230043603A KR 20230043603 A KR20230043603 A KR 20230043603A KR 102817686 B1 KR102817686 B1 KR 102817686B1
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Abstract

격리 구조체를 갖는 광학 디바이스 및 그 제조 방법이 개시된다. 광학 디바이스는 제1 표면 및 그 제1 표면에 반대 쪽에 있는 제2 표면을 갖는 기판, 기판에 배치된 제1 및 제2 방사선 감지 디바이스, 기판 내에 배치된 제1 격리 구조체를 포함한다. 기판은 제1 표면 및 제1 표면에 반대 쪽에 있는 제2 표면을 갖는다. 광학 디바이스는 기판 내에 그리고 제1 격리 구조체의 제1 표면 상에 배치된 제2 격리 구조체를 더 포함한다. 제2 격리 구조체는 금속 구조체 및 그 금속 구조체를 둘러싸는 유전체 층을 포함한다. 제2 격리 구조체는 기판의 제1 표면 위로 수직으로 연장된다.

Description

이미지 센서의 격리 구조체{ISOLATION STRUCTURES IN IMAGE SENSORS}
관련 출원의 상호 참조
이 출원은 2022년 4월 4일에 출원된 "반도체 디바이스 및 그 제조 방법"이라는 명칭의 미국 가특허 출원 번호 63/327,018의 이익을 주장하며, 그 개시 내용이 그 전체가 본원에 참고로 통합된다.
이미지 센서는 가시광선 및 적외선과 같은 유입되는 가시 방사선 또는 비가시 방사선을 감지하는 데 사용된다. CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서(CIS) 및 CCD(Charge-Coupled Device) 센서는 디지털 스틸 카메라, 휴대폰, 태블릿, 및 고글과 같은 다양한 애플리케이션에 사용된다. 이러한 이미지 센서는 유입되는 방사선을 흡수(예를 들어, 감지)하고 이를 전기 신호로 변환하는 픽셀 어레이를 활용한다. 이미지 센서의 예는 후면 조사(backside illuminated; BSI) 이미지 센서이며, 이는 BSI 이미지 센서의 기판의 "후면"으로부터의 방사선을 검출한다.
본 개시내용의 양태는 첨부된 도면과 함께 읽을 때 다음의 상세한 설명으로부터 가장 잘 이해된다.
도 1은 일부 실시예에 따라 격리 구조체를 갖는 BSI 이미지 센서의 단면도를 예시한다.
도 2는 일부 실시예에 따라 격리 구조체 및 격자(grid) 구조체를 갖는 BSI 이미지 센서의 단면도를 예시한다.
도 3은 일부 실시예에 따라 격리 구조체를 갖는 BSI 이미지 센서를 제조하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 4-18은 일부 실시예에 따라 제조 프로세스의 다양한 단계에서 격리 구조체를 갖는 BSI 이미지 센서의 단면도를 예시한다.
도 19는 일부 실시예에 따라 격리 구조체 및 격자 구조체를 갖는 BSI 이미지 센서를 제조하기 위한 방법의 흐름도이다.
도 20 내지 도 24는 일부 실시예에 따른 제조 프로세스의 다양한 단계에서 격리 구조체 및 격자 구조체를 갖는 BSI 이미지 센서의 단면도를 예시한다.
이제 예시적인 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 도면에서, 동일한 참조 번호는 일반적으로 동일하거나, 기능적으로 유사하거나, 및/또는 구조적으로 유사한 요소를 나타낸다. 동일한 주석이 있는 요소에 대한 논의는 달리 언급되지 않는 한 서로에게 적용된다.
이하의 개시내용은 제공된 주제의 상이한 피처을 구현하기 위한 많은 상이한 실시예, 또는 예를 제공한다. 구성요소 및 배열의 특정 예는 본 개시내용을 단순화하기 위해 아래에서 설명된다. 물론, 이들은 단지 예일 뿐이며 제한하려는 의도가 아니다. 예를 들어, 이하의 설명에서 제2 피처 위에 제1 피처를 형성하는 프로세스는 제1 피처와 제2 피처가 직접 접촉하여 형성되는 실시예를 포함할 수 있으며, 제1 및 제2 피처가 직접 접촉하지 않을 수 있도록 제1 피처와 제2 피처 사이에 추가적인 피처가 형성될 수 있는 실시예도 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 제2 피처 위에 제1 형상이 형성된다는 것은, 제1 피처가 제2 피처와 직접 접촉하여 형성된다는 것을 의미한다. 또한, 본 개시내용은 다양한 예에서 참조 번호 및/또는 문자를 반복할 수 있다. 이러한 반복은 그 자체로 논의된 다양한 실시예 및/또는 구성 사이의 관계에 영향을 주지 않는다.
"아래", "및", "하부", "위", "상부" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는, 도면에 예시된 바와 같이 하나의 요소 또는 다른 요소(들) 또는 피처(들)에 대한 피처의 관계를 설명하기 위한 설명의 편의를 위해 본 명세서에서 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 묘사된 방향에 추가하여 사용 또는 작동 중인 디바이스의 다른 방향을 포함하도록 의도된다. 장치는 다른 방향으로 향할 수 있고(90도 회전 또는 다른 방향으로), 본 명세서에서 사용된 공간적으로 상대적인 서술어는 마찬가지로 그에 따라 해석될 수 있다.
명세서에서 "일 실시예", "실시예", "예시적 실시예", "예시적인" 등의 언급은 설명된 실시예가 특정 피처, 구조 또는 특성을 포함할 수 있음을 나타내지만 모든 실시예는 특정 피처, 구조 또는 특성을 반드시 포함하지 않을 수 있다는 점에 유의한다. 또한, 이러한 문구는 반드시 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 피처, 구조 또는 특성이 실시예와 관련하여 설명될 때, 명시적으로 설명되었는지 여부에 관계없이 다른 실시예와 관련하여 그러한 피처, 구조 또는 특성을 초래하는 것은 당업자의 지식 내에 있을 것이다.
본 명세서의 어법 또는 용어는 설명을 위한 것이며 제한이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 명세서의 용어 또는 어법은 교시에 비추어 관련 기술(들)의 숙련가에 의해 해석되어야 한다.
일부 실시예에서, 용어 "약" 및 "실질적으로"는 값의 5% 내에서 변하는 주어진 양의 값을 나타낼 수 있다(예를 들어, 값의 ±1%, ±2%, ±3%, ±4%, ±5%). 이들 값은 단지 예일 뿐이며 제한하려는 의도가 아니다. 용어 "약" 및 "실질적으로"는 본원의 교시에 비추어 관련 기술(들)의 숙련가에 의해 해석되는 값의 백분율을 지칭할 수 있다.
BSI 이미지 센서는 기판(예를 들어, 반도체 기판)에 픽셀 구조체(이는 포토다이오드, 트랜지스터 및 기타 구성요소를 포함할 수 있음)의 어레이를 포함한다. 픽셀 구조체는 기판을 향해 투사된 전자기 방사선(예를 들어, 적외선 방사선)을 수신(또는 흡수)하고 수신된 방사선으로부터의 광자를 전기 신호로 변환하도록 구성된다. 이후, 전기 신호는 BSI 이미지 센서에 부착된 처리 구성요소로 분배된다. 픽셀 구조체는 픽셀 구조체 내에서 생성된 전기 신호를 적절한 처리 구성요소로 분배하도록 구성된 상호연결 구조체 위에 놓인다.
BSI 이미지 센서에서, 기판의 전면(front-side surface)에 상호연결 구조체가 결합되고, 기판의 후면에 컬러 필터와 마이크로-렌즈가 결합되어, 상호연결 구조체 및/또는 픽셀 구조체의 요소로부터 최소한으로 또는 그 요소로부터의 방해없이 광을 수집한다. 그 결과, BSI 이미지 센서는 저조도 조건에서 성능이 향상되었고, 전면 조명 이미지 센서보다 양자 효율(QE)(예를 들어, 광자 대 전자 변환 비율)이 더 높아졌다.
BSI 이미지 센서의 과제는, 인접한 픽셀 구조체 간의 누화를 줄이거나 제거하는 것이다. 서로 인접한 픽셀 구조체는 서로의 동작을 방해할 수 있다. 이러한 누화는 하나의 픽셀 구조체로부터의 빛이 인접한 픽셀 구조체로 들어갈 때 발생할 수 있으며, 그에 따라 인접한 픽셀 구조체가 빛을 감지하게 한다. 이러한 누화는 BSI 이미지 센서의 정밀도와 양자 효율을 감소시킬 수 있다.
본 개시내용은 인접한 픽셀 구조체 사이에 격리 구조체를 갖는 예시적인 BSI 이미지 센서 및 BSI 이미지 센서를 형성하는 예시적인 방법을 제공한다. 일부 실시예에서, BSI 이미지 센서는 인접한 픽셀 구조체를 서로로부터 광학적으로 격리시키기 위해 인접한 픽셀 구조체 사이에 배치된 격리 구조체의 스택을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 격리 구조체의 스택은, BSI 이미지 센서의 기판의 전면에 배치된 얕은 트렌치 격리(shallow trench isolation; STI) 구조체 및 그 STI 구조체 상에 그리고 이와 물리적 접촉 상태로 배치된 깊은 트렌치 격리(deep trench isolation; DTI) 구조체를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, DTI 구조체는 BSI 이미지 센서의 기판의 후면 위로 약 80 nm 내지 약 130 nm 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, STI 구조체는 하나 이상의 유전체 층을 포함할 수 있고, DTI 구조체는 금속 충전 층 및 그 금속 충전 층을 둘러싸는 유전체 라이너를 포함할 수 있다. 이러한 금속 충전 층을 DTI 구조체에 포함하고 DTI 구조체를 기판의 후면 위로 연장함으로써, 인접한 픽셀 구조체 간의 누화를 실질적으로 최소화하거나 제거하여, BSI 이미지 센서의 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, BSI 이미지 센서의 양자 효율은, 픽셀 구조체에 실질적으로 정렬되는 기판의 후면 상의 홈 영역(grooved region)을 포함함으로써 더 향상될 수 있다. 일부 실시예에서, DTI 구조와 함께 홈 영역을 사용함으로써, 근적외선 영역(예를 들어, 약 800 nm의 파장과 약 1000 nm의 파장 사이)의 광을 검출하기 위한 BSI 이미지 센서의 양자 효율은, 홈 영역 및/또는 DTI 구조체가 없는 BSI 이미지 센서에 비해 약 0.5배 내지 약 1.5배 향상될 수 있다.
도 1은 일부 실시예에 따른 BSI 이미지 센서(100)("광학 디바이스(100)"라고도 함)의 단면도를 예시한다. 일부 실시예에서, BSI 이미지 센서는 (i) 후면(102B) 및 전면(102F)을 갖는 기판(102), (ii) 기판(102)의 전면(102F) 상에 배치된 상호연결 구조체(104), (iii) 기판(102) 내에 배치된 픽셀 구조체(106A 및 106B), (iv) 기판(102) 내에 배치된 STI 구조체(108), (v) STI 구조(108) 상에 배치된 DTI 구조체(110), (vi) 후면(102B) 상에 배치된 반사방지 코팅(ARC)(112), (vii) ARC(112) 상에 배치된 패시베이션 층(114), (viii) 패시베이션 층(114) 상에 배치된 유전체 층(116), (ix) 유전체 층(116) 내에 배치된 컬러 필터(118A 및 118B), (x) 유전체층(116) 상에 배치된 마이크로-렌즈(120A 및 120B), 그리고 (xi) 금속 차폐 층(122)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 기판(102)은 실리콘, 게르마늄(Ge), 실리콘 게르마늄(SiGe), SOI(silicon-on-insulator) 구조체 및 이들의 조합과 같은 반도체 재료일 수 있다. 또한, 기판(102)은 p형 도펀트(예를 들어, 붕소, 인듐, 알루미늄 또는 갈륨) 또는 n형 도펀트(예를 들어, 인 또는 비소)로 도핑될 수 있다.
일부 실시예에서, 후면(102B)은 주기적인 홈 영역(102Ga)의 제1 어레이 및 주기적인 홈 영역(102Gb)의 제2 어레이를 포함할 수 있다. 주기적 홈 영역(102Ga)의 제1 어레이는, 픽셀 구조체(106A)에 대해 실질적으로 정렬될 수 있고, 주기적 홈 영역(102Gb)의 제2 어레이는, 픽셀 구조체(106B)에 대해 실질적으로 정렬될 수 있다. 이러한 주기적인 홈 영역(102Ga 및 102Gb)의 어레이는, 평평한 후면을 갖고 기판의 후면에 주기적인 홈 영역이 없는 BSI 이미지 센서와 비교하여 픽셀 구조체(106A 및 106B)의 각각에 입사하는 방사선 빔(124)을 위한 더 큰 입사 표면적을 제공할 수 있다. 더 큰 입사 표면적은 BSI 이미지 센서(100)의 픽셀 구조체(106A 및 106B)의 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 홈 영역(102Ga 및 102Gb)은 도 1에 도시된 바와 같이 삼각형 형상 단면 프로파일을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 홈 영역(102Ga 및 102Gb)은, 직사각형 프로파일 및 반타원형 프로파일과 같은 다른 단면 프로파일을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 홈 영역(102Ga, 102Gb)은, 홈 영역(102Ga, 102Gb)을 떠나지 않고, 홈 영역(102Ga, 102Gb)의 내부 측벽에서 입사 방사선 빔(124)의 다중 반사를 가능하게 할 수 있다. 입사 방사선 빔(124)의 이러한 다중 반사는 픽셀 구조체(106A 및 106B)에 의해 흡수되고 처리되는 입사 방사선 빔(124)의 가능성 및 양을 증가시킬 수 있고, 이에 따라서 BSI 이미지 센서(100)의 양자 효율을 향상시킨다. 일부 실시예에서, 홈 영역(102Ga-102Gb)의 제1 및 제2 어레이의 각 홈 영역은, 홈 영역의 내부 측벽 사이에서 약 60°내지 약 90°의 각도 A를 가질 수 있어, 홈 영역(102Ga 및 102Gb)의 내부 측벽에서 입사 방사선 빔(124)의 다중 반사를 가능하게 한다.
일부 실시예에서, 상호연결 구조체(104)는 IMD(inter-metal dielectric) 층(104A), 금속 라인(104B), 금속 비아(104C), 및 IMD 층(104A)에 배치된 감지 디바이스(104D)를 포함할 수 있다. 금속 라인(104B) 및 금속 비아(104C)는 픽셀 구조체(106A 및 106B)와 다른 구성요소(도 1에 도시되지 않음) 사이의 상호연결부(예를 들어, 배선)를 형성한다. 일부 실시예에서, 금속 라인(104B) 및 금속 비아(104C)는 구리(Cu), 루테늄(Ru), 코발트(Co), Cu 합금(예를 들어, Cu-Ru, Cu-Al, 또는 구리-망간(CuMn))와 같은 전기 전도성 재료, 및 임의의 다른 적절한 전도성 재료를 포함할 수 있다. 금속 라인(104B) 및 금속 비아(104C)의 레이아웃은 예시적이며 이에 제한되지 않으며, 금속 라인(104B) 및 금속 비아(104C)의 다른 레이아웃 변형은 본 개시내용의 범위 내에 있다. 금속 라인(104B) 및 금속 비아(104C)의 수 및 배열은 도 1에 도시된 것과 다를 수 있다.
일부 실시예에서, 감지 디바이스(104D)는 각각의 픽셀 구조체(106A 및 106B)에 전기적으로 연결되고, 이러한 영역에서 광/전하 변환 프로세스의 결과로서 생성된 전기 신호를 판독하도록 구성된 전계 효과 트랜지스터(FET) 및/또는 메모리 셀의 어레이일 수 있다. 일부 실시예에서, 상호연결 구조체(104)는 버퍼 층(도 1에 도시되지 않음)을 통해 상부에 제조된 구조체(예를 들어, 상호연결 층(104), 기판(102) 등)에 지지물(support)을 제공할 수 있는 캐리어 기판(도 1에 도시되지 않음)에 부착될 수 있다. 캐리어 기판은 실리콘 웨이퍼, 유리 기판, 또는 임의의 다른 적절한 재료일 수 있다.
일부 실시예에서, 픽셀 구조체(106A 및 106B)("방사선 감지 영역(106A 및 106B)" 또는 "방사선 감지 디바이스(106A 및 106B)"으로도 지칭됨)는 기판(102) 내에 배치될 수 있다. 예시 목적을 위하여, 2개의 픽셀 구조체(106A 및 106B)가 도 1에 도시되어 있지만, 추가적인 픽셀 구조체(106A 및 106B)가 기판(102) 내에 구현될 수 있다. 픽셀 구조체(106A 및 106B)는 각각 픽셀 영역(105A 및 105B)에 진입하고 상이한 입사각으로 후면(102B)에 충돌하는 방사선 빔(124)과 같은 방사선을 감지한다. 일부 실시예에서, 픽셀 구조체(106A 및 106B)의 각각은 방사선 빔(124)의 광자를 전하로 변환할 수 있는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 픽셀 구조체(106A 및 106B)는 포토다이오드, 트랜지스터, 증폭기, 기타 유사한 디바이스 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 픽셀 구조체(106A 및 106B)는 격리 구조체(107)의 스택으로 서로 전기적 및 광학적으로 격리될 수 있다. 일부 실시예에서, 격리 구조체(107)의 각각의 스택은 STI 구조체(108) 및 DTI 구조체(110)를 포함할 수 있다. STI 구조체(108)는 기판(102) 내에 배치될 수 있고 상호연결 구조체(104)와 대향하는 STI(108)의 표면은 전면(102F)과 실질적으로 동일 평면일 수 있다. 일부 실시예에서, STI 구조체(108)는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 불소 도핑 실리케이트 유리(FSG), 로우-k(low-k) 유전체 재료(예를 들어, k 값이 3.9보다 낮은 재료)과 같은 유전체 재료, 및 임의의 다른 적절한 유전체 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, DTI 구조체(110)는 STI 구조체(108) 상에 그리고 그와 물리적 접촉 상태로 배치될 수 있다. DTI 구조체(110)는, DTI 구조체(110)와 STI 구조체(108) 사이의 인터페이스에서 임의의 실질적인 갭 없이 STI 구조체(108) 상에 형성되어, 픽셀 영역(105A 및 105B) 사이 및/또는 픽셀 구조체(106A 및 106B) 사이의 임의의 광 누출을 실질적으로 최소화하거나 방지할 수 있으므로, 픽셀 구조체(106A 및 106B)의 양자 효율을 향상시킬 수 있다. DTI 구조체(110)와 STI 구조체(108) 사이의 인터페이스에 갭이 존재하는 경우, 픽셀 영역(105A)에 진입하는 방사선 빔(124)(예를 들어, 광자)은 갭을 통해 픽셀 영역(105B)으로 이동할 수 있고, 그 반대도 가능하다.
일부 실시예에서, DTI 구조체(110)는 후면(102B) 위로 Z축을 따라 거리 D1 만큼 연장될 수 있다. 기판(102) 위의 DTI 구조체(110)의 이러한 연장은, 방사선 빔(124)(예를 들어, 광자)이 픽셀 영역(105B)으로의 이탈로부터 0도보다 큰 입사각으로 픽셀 영역(105A)에 들어가는 것을 실질적으로 최소화하거나 방지할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 그 결과, DTI 구조체(110)를 기판(102) 위로 연장함으로써 더 많은 양의 광자가 픽셀 구조체(106A 및 106B)에 의해 캡처 및 처리될 수 있으므로, BSI 이미지 센서(100)의 양자 효율을 향상시킨다. 일부 실시예에서, 거리 D1은 약 80 nm 내지 약 130 nm의 범위일 수 있다. 거리 D1의 이 범위 내에서, DTI 구조체(110)는 BSI 이미지 센서(100)의 크기 및 제조 비용을 손상시키지 않으면서 BSI 이미지 센서(100)의 양자 효율을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 각각의 DTI 구조체(110)는 금속 충전 층(110A), 금속 충전 층(110A)을 둘러싸는 유전체 층(110B), 및 유전체 층(110B)을 둘러싸는 하이-k 유전체 층(110C)을 포함할 수 있다. 유전체 층(110B) 및 하이-k 유전체 층(110C)은 금속 충전 층(110A)을 기판(102) 및/또는 픽셀 구조체(106A 및 106B)로부터 전기적으로 격리시킬 수 있다. 금속 충전 층(110A)은 픽셀 영역(105A)의 광자가 유전체 재료를 통해 픽셀 영역(105B)으로 이탈하는 것을 차단할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 또한, 금속 충전 층(110A)은 픽셀 영역(105A, 105B)을 떠나지 않고 픽셀 영역(105A, 105B)에서 방사선 빔(124)(예를 들어, 광자)의 다중 반사를 가능하게 할 수 있다. 방사선 빔(124)의 이러한 다중 반사는 픽셀 구조(106A 및 106B)에 의해 흡수되고 처리되는 방사선 빔(124)의 양을 증가시킬 수 있으며, 따라서 BSI 이미지 센서(100)의 양자 효율을 개선한다. 일부 실시예에서, 금속 충전 층(110A)을 사용함으로써, DTI 구조체(110)는 X축을 따른 폭이 유전체 층으로 그리고 금속 충전 층 없이 형성된 DTI 구조체의 폭보다 더 작은 폭으로 형성될 수 있는데, 그 이유는 방사선 빔이, 실질적으로 동일한 두께의 유전체 층보다 금속 층에 의해 더 효과적으로 차단될 수 있기 때문이다. 그 결과, 더 작고 더 컴팩트한 BSI 이미지 센서(100)가 양자 효율을 손상시키지 않고 DTI 구조체(110)로 형성될 수 있다.
일부 실시예에서, 금속 충전 층(110A)은 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 루테늄(Ru), 및 다른 적합한 금속 재료와 같은 금속 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 층(110B)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 또는 다른 적절한 절연 산화물 및/또는 질화물 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하이-k 유전체 층(110C)은 하프늄 산화물(HfO2), 알루미늄 산화물(Al2O3), 임의의 다른 적절한 하이-k 유전체 재료, 및 이들의 조합과 같은 하이-k 유전체 재료를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, STI 구조체(108)는 Z축을 따라 약 150 nm 내지 약 250 nm의 높이 H1 및 X축을 따라 약 300 nm 내지 약 500 nm의 폭 W1을 가질 수 있다. 일부 실시예에서, DTI 구조체(110)는 Z축을 따라 약 5㎛ 내지 약 10㎛의 높이 H2 및 X축을 따라 약 300 nm 내지 약 400 nm의 폭 W2를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 높이 H2는 픽셀 구조체(106A 및 106B) 사이의 누화를 적절하게 방지하기 위해 높이 H1보다 클 수 있다. 일부 실시예에서, STI 구조(108)의 폭(W1)은 DTI 구조체(110)와 달리, STI 구조(108)가 금속 층을 갖지 않을 수 있기 때문에, 광자가 인접한 픽셀 구조체로 이탈하는 것을 적절하게 차단하기 위해, DTI 구조체(110)의 폭(W2)보다 클 수 있다. 전술한 바와 같이, 광자는 실질적으로 동일한 두께의 유전체 층보다 금속 층에 의해 더 효과적으로 차단될 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 충전 층(110A)은 X축을 따라 약 70 nm 내지 약 150 nm의 두께 T1을 가질 수 있고, 유전체 층(110B)은 X축을 따라 약 100 nm 내지 약 150 nm의 두께 T2를 가질 수 있으며, 하이-k 유전체 층(110C)은 X-축을 따라 약 10 nm 내지 약 20 nm의 두께 T3를 가질 수 있다. 두께 T2 및 T3의 전술한 범위 내에서, 유전체 층(110B) 및 하이-k 유전체 층(110C)은 BSI 이미지 센서(100)의 크기 및 제조 비용을 손상시키지 않으면서 금속 충전 층(110A)을 기판(102) 및/또는 픽셀 구조체(106A 및 106B)로부터 전기적으로 적절히 격리시킬 수 있다. 높이 H1 및 H2, 폭 W1 및 W2 및 두께 T1 및 T2의 상기 언급된 범위 내에서, STI 구조체(108) 및 DTI 구조체(110)는 BSI 이미지 센서 (100)의 크기 및 제조 비용을 손상시키지 않으면서 픽셀 구조체(106A 및 106B) 간의 누화를 실질적으로 최소화하거나 방지할 수 있다.
ARC(112)는 후면(102B) 상에 배치되어 입사 방사선 빔(124)이 픽셀 구조체(106A 및 106B)로부터 멀리 반사되는 것을 방지할 수 있다. 일부 실시예에서, ARC(112)는 하프늄 산화물(HfO2), 탄탈륨 펜톡사이드(Ta2O5), 지르코늄 이산화물(ZrO2), 알루미늄 산화물(Al2O3), 및 임의의 다른 적절한 하이-k 유전체 재료와 같은 하이-k 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, ARC(112)는 약 1 nm 내지 약 50 nm의 두께 T4를 가질 수 있다. 두께 T4의 이 범위 내에서, ARC(112)는 BSI 이미지 센서(100)의 크기 및 제조 비용을 손상시키지 않으면서 픽셀 구조체(106A 및 106B)에 입사하는 방사선 빔(124)이 픽셀 영역(105A 및 105B)을 떠나는 것을 적절하게 방지할 수 있다. 일부 실시예에서, ARC(112) 및 하이-k 유전체 층(110C)은 동일한 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 패시베이션 층(114)은 ARC(112) 상에 배치될 수 있고, 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(Si3N4), 실리콘 산질화물(SiON), 또는 임의의 다른 적절한 유전체 재료와 같은 유전체 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 유전체 층(116)은 산화물 층을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 컬러 필터(118A 및 118B)는 유전체 층(116) 내에 배치될 수 있고, 컬러 필터(118A 및 118B)의 상부 표면은 유전체 층(116)의 상부 표면과 실질적으로 동일 평면에 있을 수 있다. 컬러 필터(118A 및 118B)는 각각 픽셀 구조체(106A 및 106B)와 실질적으로 정렬될 수 있다. 일부 실시예에서, 컬러 필터(118A 및 118B)는 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 마이크로-렌즈(120A 및 120B)는 각각 컬러 필터(118A 및 118B) 상에 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 금속 차폐 층(122)("블랙 레벨 보정층(122)"으로도 지칭됨)은 후면(102B) 상에 그리고 유전체 층(116), 패시베이션 층(114), 및 ARC(112) 내에 배치될 수 있다. 금속 차폐 층(122)은 방사선 빔(124)으로부터 BSI 이미지 센서(100)의 블랙 기준 센서(미도시)를 차폐한다. 블랙 기준 센서는 BSI 이미지 센서(100)에서 기준 블랙 레벨 신호를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 차폐의 결과로서, 블랙 기준 센서는 BSI 이미지 센서(100)에서의 이미지 처리를 위한 블랙 기준 신호를 제공할 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따른 BSI 이미지 센서(200)("광학 디바이스(200)"라고도 함)의 단면도를 예시한다. 달리 언급되지 않는 한, BSI 이미지 센서(100)에 대한 논의는 BSI 이미지 센서(200)에 적용된다.
일부 실시예에서, BSI 이미지 센서(200)는 BSI 이미지 센서(100)의 요소에 더하여 금속 격자 구조체(226)를 포함할 수 있다. 금속 격자 구조체(226)는 유전체 층(116) 내에 배치될 수 있고 DTI 구조체(110)에 실질적으로 정렬될 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 격자 구조체(226)는 제조 용이성을 위해 Z축을 따라 약 100 nm 내지 약 300 nm의 거리(D2) 만큼 DTI 구조체(110)로부터 분리될 수 있다. 일부 실시예에서, 격자 구조체는 X축을 따라 약 100 nm 내지 약 300 nm의 폭(W3)을 가질 수 있다. 폭 W3의 이러한 범위 내에서, 금속 격자 구조체(226)는 BSI 이미지 센서(200)의 크기 및 제조 비용을 손상시키지 않으면서 픽셀 구조체(106A 및 106B) 사이의 누화를 실질적으로 최소화하거나 방지할 수 있다. 일부 실시예에서, 폭(W3)은 W2보다 크거나 작을 수 있다.
도 3은 일부 실시예에 따른, 도 1에 도시된 BSI 이미지 센서(100)를 제조하기 위한 예시적인 방법(300)의 흐름도이다. 예시적인 목적을 위해, 도 3에 예시된 동작은, 도 4 내지 도 18에 도시된 바와 같은 BSI 이미지 센서(100)를 제조하기 위한 예시적인 제조 프로세스를 참조하여 설명될 것이다. 도 4 내지 도 18은 일부 실시예에 따른, 다양한 제조 단계에서의 BSI 이미지 센서(100)의 단면도이다. 동작은 특정 애플리케이션에 따라 다른 순서로 수행되거나 수행되지 않을 수 있다. 방법(300)은 완전한 BSI 이미지 센서(100)를 생성하지 않을 수 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 추가 프로세스가 방법(300) 이전, 도중 및 이후에 제공될 수 있으며, 일부 다른 프로세스는 본 명세서에서 간략하게만 설명될 수 있음을 이해해야 한다. 도 1의 요소와 동일한 주석을 갖는 도 4-18의 요소가 위에 설명되어 있다.
도 3을 참조하면, 동작 305에서, 기판의 전면을 통해 픽셀 구조체 및 STI 구조체를 형성한다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 픽셀 구조체(106A 및 106B) 및 STI 구조체(108)는 기판(102)의 전면(102F)을 통해 형성된다. 일부 실시예에서, 상호연결 구조체(104)는 STI 구조체(108)의 형성 후에 전면(102F) 상에 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 동작 310에서, 기판의 후면에 홈 영역을 형성한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 홈 영역(102Ga, 102Gb)은 기판(102)의 후면(102B) 상에 형성된다. 일부 실시예에서, 홈 영역(102Ga 및 102Gb)은 후면(102B) 상에 포토리소그래피 프로세스 및 에칭 프로세스를 수행함으로써 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 홈 영역(102Ga 및 102Gb)의 삼각형 단면 프로파일은, 후면(102B) 상에 형성된 패터닝된 마스킹 층(도시되지 않음)을 통한 이방성 건식 에칭 프로세스 및 이에 이어지는 습식 에칭 프로세스를 수행함으로써 형성될 수 있다.
도 3을 참조하면, 동작 315에서, ARC 및 패시베이션 층이 홈 영역 상에 형성된다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, ARC(112) 및 패시베이션 층(114)은 홈 영역(102Ga 및 102Gb) 상에 형성된다. 일부 실시예들에서, ARC(112)의 형성은 원자층 증착(ALD) 프로세스, 화학 기상 증착(CVD) 프로세스, 또는 임의의 다른 적절한 하이-k 유전체 재료 퇴적 프로세스를 사용하여, 도 5의 구조체 상에 하이-k 유전체 재료를 퇴적하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 패시베이션 층(114)의 형성은, ALD 프로세스, CVD 프로세스, 또는 임의의 다른 적절한 산화물 재료 퇴적 프로세스를 사용하여 ARC(112) 상에 산화물 재료를 퇴적하는 것을 포함할 수 있다. 패시베이션 층(114)의 형성은, 도 7에 도시된 바와 같이, 패시베이션 층(114) 상에 실리콘 산화물 층(716)의 형성이 뒤따를 수 있다. 실리콘 산화물 층(716)의 형성은, CVD 프로세스를 사용하여 도 6의 구조체 상에 약 100 nm 내지 약 200 nm의 두께 T5를 갖는 실리콘 산화물 층(716)을 퇴적하는 것을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 동작 320에서, 기판의 후면을 통해 DTI 구조체를 형성한다. 예를 들어, 도 8 내지 도 13를 참조하여 설명한 바와 같이, DTI 구조체(110)는 후면(102B)을 통해 형성된다. 일부 실시예에서, DTI 구조체(110)의 형성은 다음의 순차적 동작 즉, (i) 도 8에 도시된 바와 같이, STI 구조체(108) 상에 폭 W2를 갖는 격리 트렌치(810)를 형성하는 것, (ii) 도 8의 구조체 상에 하이-k 유전체 층(910)을 형성하여 도 9의 구조체를 형성하는 것, (iii) 도 9의 구조체 상에 산화물 층(1010)을 형성하여 도 10의 구조체를 형성하는 것, (iv) 도 11의 구조체를 형성하기 위해 에칭 프로세스를 사용하여 격리 트렌치(810) 외부의 하이-k 유전체 층(910) 및 산화물 층(1010)의 일부을 제거하는 것, (v) 격리 트렌치(810)를 채우고 도 12의 구조체를 형성하기 위해 도 11의 구조체 상에 금속 층(1210)을 퇴적하는 것, 및 (vi) 도 13의 구조체를 형성하기 위해 에칭 프로세스를 사용하여 격리 트렌치(810) 외부의 금속 층(1210)의 일부을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 격리 트렌치(810)의 형성은, (i) 도 7의 구조체 상에 포토리소그래피 프로세스를 사용하여 패터닝된 포토레지스트 층(도시되지 않음)을 형성하는 것, 및 (ii) 도 8에 도시된 바와 같이, STI 구조(108)의 후면을 노출시키기 위하여 패터닝된 포토레지스트 층을 통하여 실리콘 산화물 층(716), 패시베이션 층(114), ARC(112), 및 기판(102)에 에칭 프로세스를 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 하이-k 유전체 층(910)의 형성은, 도 9에 도시된 바와 같이, ALD 프로세스를 사용하여 격리 트렌치(810)의 측벽, 및 STI 구조체(108)의 노출된 표면을 따라, 실리콘 산화물 층(716)의 상부 표면 상에 HfO2 및 Al2O3의 실질적으로 컨포멀한 층을 퇴적하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 산화물 층(1010)의 형성은, 도 10에 도시된 바와 같이, ALD 프로세스를 사용하여 하이-k 유전체 층(910) 상에 실리콘 산화물의 실질적으로 컨포멀한 층을 퇴적하는 것을 포함할 수 있다.
DTI 구조체(110)의 형성은 도 14의 구조체를 형성하기 위해 도 13의 구조체 상에 실리콘 산화물 층(1416)의 형성이 뒤따를 수 있다. 실리콘 산화물 층(1416)을 형성하는 것은, 도 13의 구조체 상에 CVD 프로세스를 이용하여 실리콘 산화물 층(도시되지 않음)을 퇴적하는 것, 퇴적된 실리콘 산화물 층에 CMP(chemical mechanical polishing) 프로세스를 수행하여, DTI 구조체(110) 상에 약 80 nm 내지 약 130 nm의 두께 T6을 갖는 실리콘 산화 층(1416)을 형성하는 것을 포함할 수 있다. 실리콘 산화물 층(1416)은 BSI 이미지 센서(100)의 후속 처리 동안에 DTI 구조체(110)가 에칭되는 것을 보호하기 위한 버퍼 층으로서 작용할 수 있다. 위에서 언급한 두께 T6의 범위 내에서, 실리콘 산화물 층(1416)은, BSI 이미지 센서(100)의 크기 및 제조 비용을 손상시키지 않으면서 후속 처리 동안에 DTI 구조체(110)의 에칭을 적절하게 방지할 수 있다.
도 3을 참조하면, 동작 325에서, 기판의 후면에 금속 차폐 층을 형성한다. 예를 들어, 도 15 및 도 16을 참조하여 설명되는 바와 같이, 금속 차폐 층(122)은 후면(102B) 상에 형성된다. 일부 실시예에서, 금속 차폐 층(122)의 형성은 다음의 순차적 동작 즉, (i) 도 14의 구조체에 포토리소그래피 프로세스를 이용하여 패터닝된 포토레지스트 층(도시되지 않음)을 형성하는 것, (ii) 도 15에 도시된 바와 같이, 개구부(1522)를 형성하기 위해 패터닝된 포토레지스트 층을 통해, 실리콘 산화물 층(716 및 1416), 패시베이션 층(114) 및 ARC(112)에 에칭 프로세스를 수행하는 것, (iii) 실리콘 산화물 층(1416)의 상부 표면, 개구부(1522)의 측벽을 따라, 그리고 개구부(1522)에서 노출된 후면(102B) 상에 실질적으로 컨포멀한 금속 층(도시되지 않음)을 퇴적하는 것, (iv) 퇴적된 실질적으로 컨포멀한 금속 층 상에 패터닝된 마스킹 층(도시되지 않음)을 형성하는 것, 및 (v) 도 16의 구조체를 형성하기 위해 패터닝된 마스킹 층을 통해 퇴적된 실질적으로 컨포멀한 금속 층을 에칭하는 것을 포함할 수 있다.
금속 차폐 층(122)의 형성은, 도 17에 도시된 바와 같이 실리콘 산화물 층(1716)의 형성이 뒤따를 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 산화물 층(1716)의 형성은, 도 16의 구조체 상에 실리콘 산화물 층(도시되지 않음)을 퇴적하는 것과 도 17에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물 층(1716)의 상부 표면을 금속 차폐 층(122)의 상부 표면과 실질적으로 동일 평면화하기 위해, 퇴적된 실리콘 산화물 층 상에 CMP 프로세스를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 실리콘 산화물 층(716, 1416, 및 1716)은 유전체 층(116)을 형성할 수 있다.
도 3을 참조하면, 단계 330에서, 기판의 후면에 컬러 필터와 마이크로-렌즈를 형성한다. 예를 들어, 도 18에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(118A 및 118B)는 유전체 층(116) 내에 형성될 수 있고, 마이크로-렌즈(120A 및 120B)는 각각 컬러 필터(118A 및 118B) 상에 형성될 수 있다.
도 19는, 일부 실시예에 따른 도 2에 도시된 BSI 이미지 센서(200)를 제조하기 위한 예시적인 방법(1900)의 흐름도이다. 예시적인 목적을 위해, 도 19에 예시된 동작은, 도 20 내지 도 24에 예시된 바와 같이, BSI 이미지 센서(200)를 제조하기 위한 예시적인 제조 프로세스를 참조하여 설명될 것이다. 도 20 내지 도 24는 일부 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 BSI 이미지 센서(200)의 단면도이다. 동작은 특정 애플리케이션에 따라 다른 순서로 수행되거나 수행되지 않을 수 있다. 방법(1900)은 완전한 BSI 이미지 센서(200)를 생성하지 않을 수 있다는 점에 유의해야 한다. 따라서, 추가 프로세스가 방법(1900) 이전, 도중, 및 이후에 제공될 수 있으며, 일부 다른 프로세스는 본 명세서에서 간략하게만 설명될 수 있음을 이해해야 한다. 도 1-2의 요소와 동일한 주석을 가진 도 20 내지 도 24의 요소는 위에 설명되어 있다.
도 19를 참조하면, 동작 1905-1920은 도 3의 동작 305-320과 유사하다. 동작 1920 후에, 도 14의 구조체와 유사한 구조체가 형성된다. 동작 1925-1930에서의 도 14의 구조체에 대한 후속 처리는, 도 20 내지 도 24를 참조하여 설명된다.
도 19를 참조하면, 동작 1925에서, 기판의 후면에 금속 격자 구조체 및 금속 차폐 층을 형성한다. 예를 들어, 도 20 내지 도 22를 참조하여 설명한 바와 같이, 금속 격자 구조체(226) 및 금속 차폐 층(122)이 후면(102B) 상에 형성된다. 일부 실시예에서, 금속 격자 구조체(226) 및 금속 차폐 층(122)의 형성은, 다음의 후속 동작 즉, (i) 도 14의 구조체와 유사한 구조체 상에 포토리소그래피 프로세스를 사용하여 패터닝된 포토레지스트 층(도시되지 않음)을 형성하는 것. (ii) 도 20에 도시된 바와 같이, 개구부(2022)를 형성하기 위해 패터닝된 포토레지스트 층을 통해, 실리콘 산화물 층(716 및 1416), 패시베이션 층(114), 및 ARC(112) 상에 에칭 프로세스를 수행하는 것, (iii) 도 21에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물 층(1416)의 상부 표면에, 개구부(2022)의 측벽을 따라, 그리고 개구부(1522)의 노출된 후면(102B) 상에 실질적으로 컨포멀한 금속 층(2122)을 퇴적하는 것, (iv) 금속 층(2122) 상에 패터닝된 마스킹 층(도시되지 않음)을 형성하는 것, (v) 패터닝된 마스킹 층을 통해 금속 층(2122)을 에칭하여 도 22의 구조체를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 금속 격자 구조체(122)는 동작 1925에서, 금속 차폐 층(122)을 형성하지 않고 형성될 수 있다. 즉, 금속 차폐 층(122)은 동작 1925에서 형성되지 않을 수 있다.
금속 격자 구조체(226) 및 금속 차폐 층(122)의 형성은, 도 23에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물 층(1716)의 형성이 뒤따를 수 있다. 일부 실시예들에서, 실리콘 산화물 층(1716)의 형성은 도 22의 구조체 상에 실리콘 산화물 층(도시되지 않음)을 퇴적하는 것과, 도 23에 도시된 바와 같이, 실리콘 산화물 층(1716)의 상부 표면을 금속 격자 구조체(226) 및 금속 차폐 층(122)의 상부 표면과 실질적으로 동일 평면화하기 위해 퇴적된 실리콘 산화물 층 상에 CMP 프로세스를 수행하는 것을 포함할 수 있다. 실리콘 산화물 층(716, 1416, 및 1716)은 유전체 층(116)을 형성할 수 있다.
도 19를 참조하면, 동작 1930에서, 기판 후면 상에 컬러 필터 및 마이크로-렌즈를 형성한다. 예를 들어, 도 24에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(118A 및 118B)는 유전체 층(116) 내에 형성될 수 있고, 마이크로-렌즈(120A 및 120B)는 각각 컬러 필터(118A 및 118B) 상에 형성될 수 있다.
본 개시내용은 인접한 픽셀 구조체(예를 들어, 픽셀 구조체(106A 및 106B))를 가진 예시적인 BSI 이미지 센서(예를 들어, BSI 이미지 센서(100 및 200)) 및 BSI 이미지 센서를 형성하는 예시적인 방법(예를 들어, 방법(300 및 1900)을 제공한다. 일부 실시예에서, BSI 이미지 센서는, 인접한 픽셀 구조체를 서로로부터 광학적으로 격리시키기 위해 인접한 픽셀 구조체 사이에 배치된 격리 구조체의 스택을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 격리 구조체의 스택은, BSI 이미지 센서의 기판(예를 들어, 기판(102))의 전면(예를 들어, 전면(102F)) 상에 배치된 얕은 트렌치 격리(STI) 구조체, 그리고 STI 구조체 상에 배치되고 STI 구조체와 물리적 접촉하는 깊은 트렌치 격리(DTI) 구조체를 포함할 수 있다..
일부 실시예에서, DTI 구조체는 BSI 이미지 센서의 기판의 후면(예를 들어, 후면(102B)) 위로 약 80 nm 내지 약 130 nm 연장될 수 있다. 일부 실시예에서, STI 구조체는 하나 이상의 유전체 층을 포함할 수 있고, DTI 구조체는 금속 충전 층(예를 들어, 금속 충전 층(110A)) 및 금속 충전 층을 둘러싸는 유전체 라이너(예를 들어, 유전체 층(110B 및 110C))를 포함할 수 있다. DTI 구조체 내에 이러한 금속 충전 층을 포함하고 DTI 구조체를 기판의 후면 위로 연장함으로써, 인접한 픽셀 구조체(예를 들어, 픽셀 구조체(106A 및 106B)) 사이의 누화가 실질적으로 최소화되거나 제거되어, BSI 이미지 센서의 양자 효율을 개선시킬 수 있다.
일부 실시예에서, BSI 이미지 센서의 양자 효율은 픽셀 구조체에 실질적으로 정렬되는 기판의 후면 상의 홈 영역(예를 들어, 홈 영역(102Ga 및 102Gb))을 포함함으로써 더 개선될 수 있다. 일부 실시예에서, DTI 구조체와 함께 홈 영역을 사용하여, 근적외선 영역(예를 들어, 약 800 nm의 파장과 약 1000 nm의 파장 사이)의 광을 검출하는 BSI 이미지 센서의 양자 효율은, 홈 영역 및/또는 DTI 구조체가 없는 BSI 이미지 센서에 비하여 약 0.5배 내지 약 1.5배 개선될 수 있다.
일부 실시예에서, 광학 디바이스는 제1 표면 및 그 제1 표면에 반대 쪽에 있는 제2 표면을 갖는 기판, 기판에 배치된 제1 및 제2 방사선 감지 디바이스, 기판 내에 배치되고 제1 표면 및 그 제1 표면에 반대 쪽에 있는 제2 표면을 갖는 제1 격리 구조체, 및 기판 내에 그리고 제1 격리 구조체의 제1 표면 상에 배치된 제2 격리 구조체를 포함한다. 제2 격리 구조체는 금속 층 및 금속층을 둘러싸는 유전체 층을 포함한다. 제2 격리 구조체는 기판의 제1 표면 위로 수직으로 연장된다.
일부 실시예에서, 광학 디바이스는 전면 및 후면을 갖는 기판, 기판 내에 배치된 제1 및 제2 픽셀 구조체, 제1 픽셀 구조체와 제2 픽셀 구조체 사이에 배치된 STI 구조체, 상기 STI 구조체 상에 배치된 DTI 구조체, 및 기판의 후면에 배치되고 DTI 구조체와 실질적으로 정렬된 격자 구조체를 포함한다. DTI 구조체는 금속 층과 그 금속층의 측벽을 따라 그리고 STI 구조체 위에 배치된 유전체 라이너를 포함한다.
일부 실시예에서, 방법은, 기판의 제1 표면을 통해 제1 및 제2 방사선 감지 디바이스를 형성하는 단계, 기판의 제1 표면을 통해 그리고 제1 방사선 감지 디바이스와 제2 방사선 감지 사이에 제1 격리 구조체를 형성하는 단계, 기판의 제1 표면에 반대 쪽에 있는 기판의 제2 표면 상에 홈 영역을 형성하는 단계, 기판의 제2 표면을 통해 그리고 제1 격리 구조체 상에 격리 트렌치를 형성하는 단계, 격리 트렌치 내에 유전체 층을 형성하는 단계, 및 유전체 층 상에 금속 층을 형성하는 단계를 포함한다. 유전체 층은 기판의 제2 표면 위로 수직으로 연장된다.
전술한 개시내용은 당업자가 본 개시내용의 양태를 더 잘 이해할 수 있도록 여러 실시예의 피처를 개략적으로 설명한다. 당업자는 동일한 목적을 수행하고/하거나 여기에 소개된 실시예의 동일한 이점을 달성하기 위해 다른 프로세스 및 구조를 설계 또는 수정하기 위한 기초로서 본 개시내용을 용이하게 사용할 수 있음을 인식해야 한다. 또한, 당업자는 그러한 등가 구성이 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않으며, 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 본 명세서에서 다양한 변화, 대체 및 변경을 행할 수 있음을 인식해야 한다.
<부 기>
1. 디바이스에 있어서,
제1 표면 및 상기 제1 표면에 반대 쪽에 있는 제2 표면을 포함하는 기판;
상기 기판에 배치된 제1 및 제2 방사선 감지 디바이스;
상기 기판 내에 그리고 상기 제1 방사선 감지 디바이스와 상기 제2 방사선 감지 디바이스 사이에 배치된 제1 격리 구조체 - 상기 제1 격리 구조체는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 반대 쪽에 있는 제2 표면을 포함함 -; 및
상기 기판 내에 그리고 상기 제1 격리 구조체의 상기 제1 표면 상에 배치된 제2 격리 구조체 - 상기 제2 격리 구조체는,
금속 구조체와,
상기 금속 구조체를 둘러싸는 유전체 층을 포함함 -
를 포함하고,
상기 제2 격리 구조체는 상기 기판의 상기 제1 표면 위로 수직으로 연장되는 것인, 광학 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 격리 구조체의 상기 제2 표면은, 상기 기판의 상기 제2 표면과 동일 평면에 있는(coplanar) 것인, 광학 디바이스.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 격리 구조체의 높이는 상기 제1 격리 구조체의 높이보다 큰 것인, 광학 디바이스.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 격리 구조체의 폭은 상기 제2 격리 구조체의 폭보다 큰 것인, 광학 디바이스.
5. 제1항에 있어서, 상기 제2 격리 구조체는 상기 기판의 상기 제1 표면 위로 80 nm 내지 130 nm의 거리만큼 수직으로 연장되는 것인, 광학 디바이스.
6. 제1항에 있어서, 상기 유전체 층은 상기 제1 격리 구조체의 상기 제1 표면과 물리적으로 접촉하는 것인, 광학 디바이스.
7. 제1항에 있어서, 상기 유전체 층은,
상기 금속 구조체를 둘러싸는 산화물 층; 및
상기 산화물 층을 둘러싸는 하이-k 유전체 층
을 포함하고,
상기 산화물 층과 상기 하이-k 유전체 층의 재료는 서로 다른 것인, 광학 디바이스.
8. 제1항에 있어서, 상기 유전체 층은,
상기 금속 구조체를 둘러싸는 실리콘 산화물 층; 및
상기 실리콘 산화물 층을 둘러싸는, 하프늄 산화물 및 알루미늄 산화물을 포함하는 하이-k 유전체 층
을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
9. 제1항에 있어서, 상기 금속 구조체는 텅스텐 또는 알루미늄을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
10. 제1항에 있어서, 상기 기판의 상기 제1 표면은 상기 제1 및 제2 방사선 감지 디바이스와 정렬된 홈형 영역(grooved region)을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
11.제10항에 있어서, 상기 홈형 영역은 삼각형 형상의 프로파일을 포함하는 것인 광학 디바이스.
12. 제1항에 있어서, 상기 제2 격리 구조체 상에 버퍼 층을 더 포함하는 광학 디바이스.
13. 광학 디바이스에 있어서.
전면(front-side surface) 및 후면(back-side surface)을 포함하는 기판;
상기 기판 내에 배치된 제1 및 제2 픽셀 구조체;
상기 제1 픽셀 구조체와 상기 제2 픽셀 구조체 사이에 배치된 얕은 트렌치 격리(shallow trench isolation; STI) 구조체;
상기 STI 구조체 상에 배치된 깊은 트렌치 격리(deep trench isolation; DTI) 구조체 - 상기 DTI 구조체는,
금속 구조체와,
상기 금속 구조체의 측벽을 따라 그리고 상기 STI 구조체 상에 배치된 유전체 라이너를 포함함 -; 및
상기 기판의 상기 후면 상에 배치되고 상기 DTI 구조체와 정렬되는 격자 구조체
를 포함하는 광학 디바이스.
14. 제13항에 있어서, 상기 유전체 라이너는,
상기 금속 구조체를 둘러싸는 실리콘 산화물 층;
상기 실리콘 산화물 층을 둘러싸는, 하프늄 산화물 및 알루미늄 산화물을 포함하는 하이-k 유전체 층
을 포함하는 광학 디바이스.
15. 제13항에 있어서, 상기 금속 구조체는 텅스텐 또는 알루미늄을 포함하는 광학 디바이스.
16. 제13항에 있어서, 상기 금속 구조체와 상기 격자 구조체 사이에 버퍼 층을 더 포함하는 광학 디바이스.
17. 방법에 있어서,
기판의 제1 표면을 통해 제1 및 제2 방사선 감지 디바이스를 형성하는 단계;
상기 기판의 상기 제1 표면을 통해 그리고 상기 제1 방사선 감지 디바이스와 상기 제2 방사선 감지 디바이스 사이에 제1 격리 구조체를 형성하는 단계;
상기 기판의 상기 제1 표면과 반대 쪽에 있는 상기 기판의 제2 표면 상에 홈 영역(grooved region)을 형성하는 단계;
상기 기판의 상기 제2 표면을 통해 그리고 상기 제1 격리 구조체 상에 격리 트렌치를 형성하는 단계;
상기 격리 트렌치 내에 유전체 층을 형성하는 단계 - 상기 유전체 층은 상기 기판의 상기 제2 표면 위로 수직으로 연장됨 -; 및
상기 유전체 층 상에 금속 층을 형성하는 단계
를 포함하는 방법.
18.제17항에 있어서, 상기 유전체 층을 형성하는 단계는,
상기 격리 트렌치의 측벽을 따라 그리고 제1 격리 구조체 상에 하이-k 유전체 층을 퇴적하는 단계; 및
상기 하이-k 유전체 층 상에 산화물 층을 퇴적하는 단계
를 포함하며,
상기 산화물 층 및 상기 하이-k 유전체 층의 재료는 서로 상이한 것인 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 금속 층 상에 격자 구조체를 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 금속 층과 상기 격자 구조체 사이에 버퍼 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 방법.

Claims (10)

  1. 광학 디바이스에 있어서,
    제1 표면 및 상기 제1 표면에 반대 쪽에 있는 제2 표면을 포함하는 기판 - 상기 기판의 상기 제1 표면은 광입사면임 -;
    상기 기판에 배치된 제1 및 제2 방사선 감지 디바이스;
    상기 기판의 상기 제1 표면 상에 배치된 반사방지 코팅;
    상기 반사방지 코팅 상에 배치된 패시베이션 층;
    상기 패시베이션 층 상에 배치된 제1 유전체 층;
    상기 기판 내에 그리고 상기 제1 방사선 감지 디바이스와 상기 제2 방사선 감지 디바이스 사이에 배치된 제1 격리 구조체 - 상기 제1 격리 구조체는 제1 표면 및 상기 제1 표면에 반대 쪽에 있는 제2 표면을 포함함 -; 및
    상기 기판 내에 그리고 상기 제1 격리 구조체의 상기 제1 표면 상에 배치된 제2 격리 구조체 - 상기 제2 격리 구조체는,
    금속 구조체와,
    상기 금속 구조체를 둘러싸는 제2 유전체 층을 포함함 -
    를 포함하고,
    상기 제2 격리 구조체는 상기 기판의 상기 제1 표면으로부터 돌출되고 상기 기판의 상기 제1 표면 위로 수직으로 연장되며, 상기 반사방지 코팅 및 상기 패시베이션 층을 관통하고, 상기 제1 유전체 층 내로 연장되는 것인, 광학 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 격리 구조체의 상기 제2 표면은, 상기 기판의 상기 제2 표면과 동일 평면에 있는(coplanar) 것인, 광학 디바이스.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 격리 구조체의 높이는 상기 제1 격리 구조체의 높이보다 큰 것인, 광학 디바이스.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 격리 구조체의 폭은 상기 제2 격리 구조체의 폭보다 큰 것인, 광학 디바이스.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 유전체 층은 상기 제1 격리 구조체의 상기 제1 표면과 물리적으로 접촉하는 것인, 광학 디바이스.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 유전체 층은,
    상기 금속 구조체를 둘러싸는 산화물 층; 및
    상기 산화물 층을 둘러싸는 하이-k 유전체 층
    을 포함하고,
    상기 산화물 층과 상기 하이-k 유전체 층의 재료는 서로 다른 것인, 광학 디바이스.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2 유전체 층은,
    상기 금속 구조체를 둘러싸는 실리콘 산화물 층; 및
    상기 실리콘 산화물 층을 둘러싸는, 하프늄 산화물 및 알루미늄 산화물을 포함하는 하이-k 유전체 층
    을 포함하는 것인, 광학 디바이스.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제2 격리 구조체 상에 버퍼 층을 더 포함하는 광학 디바이스.
  9. 광학 디바이스에 있어서.
    전면(front-side surface) 및 후면(back-side surface)을 포함하는 기판 - 상기 후면은 광입사면임 -;
    상기 기판 내에 배치된 제1 및 제2 픽셀 구조체;
    상기 기판의 상기 후면 상에 배치된 반사방지 코팅;
    상기 반사방지 코팅 상에 배치된 패시베이션 층;
    상기 패시베이션 층 상에 배치된 유전체 층;
    상기 제1 픽셀 구조체와 상기 제2 픽셀 구조체 사이에 배치된 얕은 트렌치 격리(shallow trench isolation; STI) 구조체;
    상기 STI 구조체 상에 배치된 깊은 트렌치 격리(deep trench isolation; DTI) 구조체 - 상기 DTI 구조체는,
    금속 구조체와,
    상기 금속 구조체의 측벽을 따라 그리고 상기 STI 구조체 상에 배치된 유전체 라이너를 포함함 -; 및
    상기 기판의 상기 후면 상에 배치되고 상기 DTI 구조체와 정렬되는 격자 구조체
    를 포함하고,
    상기 깊은 트렌치 격리 구조체는 상기 기판의 상기 후면으로부터 돌출되고 상기 기판의 상기 후면 위로 수직으로 연장되며, 상기 반사방지 코팅 및 상기 패시베이션 층을 관통하고, 상기 유전체 층 내로 연장되는 것인, 광학 디바이스.
  10. 방법에 있어서,
    기판의 제1 표면을 통해 제1 및 제2 방사선 감지 디바이스를 형성하는 단계;
    상기 기판의 상기 제1 표면을 통해 그리고 상기 제1 방사선 감지 디바이스와 상기 제2 방사선 감지 디바이스 사이에 제1 격리 구조체를 형성하는 단계;
    상기 기판의 상기 제1 표면과 반대 쪽에 있는 상기 기판의 제2 표면 상에 홈 영역(grooved region)을 형성하는 단계;
    상기 기판의 상기 제2 표면 상에 반사방지 코팅을 형성하는 단계;
    상기 반사방지 코팅 상에 패시베이션 층을 형성하는 단계;
    상기 패시베이션 층 상에 제1 유전체 층을 형성하는 단계;
    상기 기판의 상기 제2 표면, 상기 반사방지 코팅, 상기 패시베이션 층 및 상기 제1 유전체 층을 통해 그리고 상기 제1 격리 구조체 상에 격리 트렌치를 형성하는 단계;
    상기 격리 트렌치 내에 제2 유전체 층을 형성하는 단계 - 상기 제2 유전체 층은 상기 기판의 상기 제2 표면 위로 수직으로 연장되고 상기 반사방지 코팅, 상기 패시베이션 층 및 상기 제1 유전체 층과 접촉함 -; 및
    상기 제2 유전체 층 상에 금속 층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 표면은 광입사면인 것인, 방법.
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